Biochimica

GLUCOSIO

il glucosio è un combustibile importante che le cellule necessitano come nutriente. è un

monosaccaride esoso, poiché ha 6 atomi di carbonio, e aldoso, per via del gruppo aldeidico.

La sua concentrazione viene misurata con la glicemia, e deve essere mantenuta costante

nel sangue, circa 5 millimolare. Si può finire in ipoglicemia, soprattutto durante la notte, e

l’ormone che interviene è il glucagone, che avvia la sintesi del glucosio ex novo, o scinde i

depositi di glucosio. Oppure si può finire in iperglicemia, soprattutto dopo i pasti, ed

interviene ‘insulina, per impedire l’insorgenza di patologie. Ci sono 3 possibili destini del

glucosio. 1 riserva trasformandolo in glicogeno amido o saccarosio, 2 ossidazione mediante

glicolisi che lo trasforma in piruvato, 3 ossidazione mediante la via del pentosio fosfato che

lo trasforma in ribosio 5 fosfato.

GLICOLISI

La glicolisi è una via di degradazione/ossidativa che avviene nel citoplasma, e trasforma il

glucosio in piruvato, formato da 3 atomi di C. è divisa in 2 fasi, per 10 reazioni totali. La

prima fase è la fase di investimento energetico, 5 reazioni in cui si spende ATP. La seconda

fase invece è quella di rendimento, recupero energetico, 5 reazioni in cui si guadagna ATP.

I FASE

1° reazione: il glucosio, che si trova in forma ciclica, subisce una fosforilazione catalizzata

dall’enzima esochinasi, dove il glucosio prende un gruppo fosfato dall’ATP, e avremo come

prodotti di questa reazione irreversibile ADP e Glucosio 6 fosfato. Il tutto avviene con

l’attacco nucleofilo del gruppo ossidrile del glucosio verso il fosfato gamma (quello più

esterno) dell’ATP, e intervengono ioni magnesio per stabilizzare le cariche negative dei

fosfati in posizione alfa e beta presenti sull’ATP. G6P serve per due ragioni: si può

intrappolare all’interno della cellula più facilmente, e diventa instabile, quindi più reattiva.

2° reazione: il G6P con l’aiuto dell’enzima fosfoglucosio isomerasi viene trasformato in

fruttosio 6 fosfato, quindi isomerizzato passando da aldeide a chetone. la reazione è

reversibile.

3° reazione: il F6P subisce una reazione simile alla prima, sempre irreversibile, ovvero

tramite una chinasi, fosfofruttochinasi, viene fosforilata prendendo di nuovo il gruppo fosfato

dall’ATP che uscirà dalla reazione come ADP. il prodotto sarà il fruttosio 1,6 fosfato, ancora

più instabile e reattivo.

4° reazione: un aldolasi scinde il fruttosio bifosfato in due molecole a 3 atomi di carbonio,

triosi, si forma diidrossiacetone fosfato (chetone) e gliceraldeide 3 fosfato (aldeide), isomeri

tra loro.

5° reazione: interviene un isomerasi per convertire il chetone, ovvero il diidrossiacetone

fosfato, in gliceraldeide 3 fosfato, GAP. ottenendo così alla fine della fase 1 due molecole di

GAP.

II FASE

6° reazione: l’atomo di C del GAP con una deidrogenasi NAD dipendente viene ossidato, e

di conseguenza il NAD viene ridotto in NADH. Poi avviene l’attacco del gruppo fosfato, ma

non più dell’ATP, ma un Pi che si trovava nell’ambiente. Essendo due le molecole di GAP

otterremo 2 molecole di NADH e 2 1,3 bifosfoglicerato.

7° reazione: il gruppo fosfato che è stato appena aggiunto può essere ceduto facilmente,

quindi si ha una chinasi, fosfoglicerato chinasi, che va a fosforilare una molecola di ADP,

ottenendo ATP, e 3 fosfoglicerato.

8° reazione: un enzima mutasi modifica la forma di questa molecola per renderla in una

forma migliore per poter proseguire la reazione , ovvero sposta il gruppo fosfato dal carbonio

3 al carbonio 2, ottenendo così 2 fosfoglicerato.

9° reazione: il 2 fosfoglicerato viene deidratato con un enolasi, ovvero perde una molecola di

acqua. così la molecola appena formata, ovvero il fosfoenolpiruvato, è molto instabile e

quindi anche questa ha grande capacità di trasferimento del gruppo fosfato.

10° reazione: ultima reazione della glicolisi, irreversibile e cede di nuovo un gruppo fosfato

all’ADP, trasformandosi in piruvato e ATP.

BILANCIO FINALE:

nella prima fase abbiamo speso 2 molecole di ATP, ma nella fase di rendimento abbiamo

riottenuto le due molecole di ATP più 2 molecole di NADH, che ognuna ci fornisce 3 ATP. per

un totale di 8 atp per glicolisi.

Con la glicolisi inizia l’ossidazione del glucosio, che termina nel ciclo di krebs. dal sangue

per passare nelle cellule usa i suoi trasportatori, definiti GLU-T.

La sintesi dell’ATP avviene nei mitocondri, mentre ora siamo nel citoplasma, dunque il

NADH deve essere trasportato all’interno dei mitocondri ma non avendo trasportatori non

può avvenire, quindi ritorna nella sua forma ossidata, NAD, che ha come trasportatore il

malato, forma ridotta dell’ossalacetato, e una volta entrato nel mitocondrio viene ridotto

nuovamente.

C’è anche un’altra strategia, usata dai muscoli e dal cervello, che utilizzano il glicerolo 3

fosfato, portando dentro al mitocondrio il NADH citoplasmatico che diventa FADH2 perchè la

deidrogenasi mitocondriale corrispondente a quella citoplasmatica non è NAD dipendente

ma FAD dipendente.

DESTINI ALTERNATIVI DEL PIRUVATO

la glicolisi rilascia solo una piccola parte dell’energia totale disponibile nella molecola

glucosio. Le due molecole di piruvato sono relativamente ridotte e quindi contengono ancora

la maggior parte dell’energia disponibile presente in origine.

2 diversi destini, di conseguenza 2 tipi di metabolismo:

-​ Metabolismo aerobio: vie che necessitano di ossigeno e che confluiscono nel

mitocondrio passando per il ciclo di Krebs.

-​ Metabolismo anaerobio: funziona in assenza di ossigeno in quanto gli elettroni non

vanno a finire nell’O2 e l’unica via metabolica che può funzionare in questo modo è

la glicolisi, che però ha bisogno di qualcosa che possa accettare elettroni e che

quindi faccia tornare NADH e NAD+.

ANAEROBICO

Questo avviene in alcuni microrganismi anaerobi o nelle cellule di organismi superiori

quando la quantità di Ossigeno disponibile è limitata. per esempio, durante una breve ma

intensa attività muscolare l’O non può essere trasportato nel muscolo nella quantità

necessario per ossidare piruvato e produrre la quantità necessaria di ATP richiesta nella

contrazione muscolare.

Quando il NAD+ si riduce a NADH, poi gli atomi di H sono trasferiti all’O per formare H2O,

MA se l’O non è disponibile il NADH si accumula e quindi non c’è abbastanza NAD+ per

continuare la glicolisi e produrre ATP. Entra così in azione l’enzima LATTATO

DEIDROGENASI (LDH) che consente di ossidare il NADH a NAD+ utilizzando come

molecola ossidante, al posto dell’ossigeno, il prodotto stesso della glicolisi, l’acido piruvico,

che viene ridotto ad acido lattico.

Acido piruvico Piruvato + H

⇒

Questo avviene obbligatoriamente nei globuli rossi e facoltativamente nei muscoli. Inoltre,

nel muscolo c’è il Ciclo di Cori, nel quale il muscolo converte il glucosio in lattato che con il

circolo portale epatico viene ceduto al fegato, il quale lo trasforma di nuovo in glucosio e

sempre attraverso il sangue ritorna al muscolo. Il vantaggio è che così il lattato può essere

eliminato nel sangue, e quindi si alleggerisce di un lavoro metabolico.

Quindi, visto che vengono consumate due molecole di NADH (in quanto vengono ossidate),

allora alla fine di questo tipo di glicolisi si formano soltanto due molecole di ATP.

NADH + acido piruvico → NAD+ + acido lattico

AEROBICO

Il piruvato entra quindi nel mitocondrio e una reazione lo converte in acetile, che a questo

punto può entrare nel ciclo di Krebs. Questa reazione è irreversibile, che avviene grazie alla

piruvato deidrogenasi, può essere considerata una reazione di congiunzione tra la glicolisi

ed il ciclo di krebs. Segue 3 tappe: per prima cosa il piruvato viene ossidato, poi viene

decarbossilato ed infine coniugato al coenzima A. L’enzima, la piruvato deidrogenasi, è un

enzima allosterico che presenta modulatori:

-​ Negativi (-): sono l’ATP, il NADH, l’Acetil-CoA. e acidi grassi, i quali se si trovano nel

mitocondrio indicano che è attiva la degradazione dei grassi e non quella degli

zuccheri.

-​ Positivi (+): sono l’AMP, forma scarica dell’ATP, il CoA, il NAD+, e il Ca2+, perchè se

è presente vuol dire che il muscolo sta lavorando e allora ha bisogno di energia.

Ossidazione del glicerolo

Come abbiamo detto i trigliceridi sono costituiti dall'unione del glicerolo con tre catene

più o meno lunghe di acidi grassi.

Il glicerolo non ha nulla a che fare dal punto di vista molecolare con l'acido grasso. Esso

viene rimosso ed utilizzato nella gluconeogenesi, un processo che porta alla formazione

di glucosio a partire da composti non carboidrati (lattato, amminoacidi ed, appunto,

glicerolo).

Il glicerolo non si può accumulare e nel citosol viene trasformato in L-glicerolo 3 fosfato

a spesa di una molecola di ATP, dopodichè il glicerolo 3- fosfato viene convertito in

diidrossiacetone fosfato che entra nella nella glicolisi, dove viene convertito in piruvato

ed eventualmente ossidato nel ciclo di Krebs.

Attivazione degli acidi grassi

La β-ossidazione inizia nel citoplasma con l'attivazione dell'acido grasso mediante

legame tioestere con il CoA formando L'acil-SCoA e consumando 2 molecole di ATP.

L'acil-SCoA che si è venuto a formare viene trasportato all'interno del mitocondrio dalla

carnitina aciltransferasi.

Trasporto degli acidi grassi nel mitocondrio

Sebbene alcune piccole molecole di Acil-SCoA siano in grado di attraversare

spontaneamente la membrana interna dei mitocondri, la maggior parte degli Acil-SCoA

prodotti non è in grado di attraversare tale membrana. In questi casi il gruppo acile viene

trasferito alla carnitina grazie all'intervento catalitico della carnitina aciltransferasi I.

La regolazione della via si effettua soprattutto a livello di questo enzima situato sulla

membrana esterna del mitocondrio. Esso è particolarmente attivo durante il digiuno

quando i livelli plasmatici di glucagone e acidi grassi sono elevati.

Il legame acile + carnitina prende il nome di Acil-carnitina.

L'Acil-carnitina entra nel mitocondrio e dona il gruppo acile ad una molecola di CoASH

interna, per intervento dell'enzima carnitina aciltransferasi II. Si viene così nuovamente a

formare una molecola di Acil-SCoA la quale entrerà nel processo chiamato

β-ossidazione.

LA VIA DELLA - OSSIDAZIONE

β

Nella via della -ossidazione si hanno dei tagli della catena idrocarburica e ossidoriduzioni,