Biochimica

ATP.GLICIDII

glicidi, o carboidrati o saccaridi, sono le molecole biologiche più abbondantisulla terra. Nel mondo vivente svolgono diverse funzioni: funzione energetica,funzione strutturale, meccanismi di segnalazione. I glicidi sono classificati inbase alla loro complessità strutturale: monosaccaridi (singola catenapoliossidrilica aldeidica o chetonica), oligosaccaridi (fino a 20 monosaccaridilegati da legami glicosidici), polisaccaridi (da poche decine a migliaia dimonosaccaridi, hanno una funzione di stoccaggio). Si dividono inoltre in aldosie chetosi, questa è un’importante divisione che deve essere fatta anche inrelazine alla glicolisi perché è necessario che da aldosi si passi a chetoso.Inoltre, tutti i monosaccaridi, salvo una sola eccezione, hanno uno o più carboniasimmetrici detti centri chirali.

GLICOLISI E FERMENTAZIONE

Il glucosio può essere stoccato per formare glicogeno; può essere ossidato performare dei

pentosi; o può andare a formare due molecole di piruvato attraverso il processo della glicolisi.

La glicolisi è un processo in cui una molecola di glucosio viene degradata mediante una serie di reazioni (sono 10 le reazioni) catalizzate da enzimi che producono due molecole di un composto a 3 atomi di carbonio, il piruvato. Parte dell'energia rilasciata del glucosio viene recuperata sotto forma di ATP e di NADH. La demolizione del glucosio, composto a 6 atomi di carbonio, in due molecole di piruvato a 3 atomi di C ciascuno avviene in 10 tappe. Le prime cinque tappe fanno parte della fase preparatoria in cui viene spesa l'energia dell'ATP per aumentare il contenuto in energia libera degli intermedi della via metabolica. Il guadagno energetico inizia nella fase di recupero che comprende le restanti cinque tappe. L'energia in questa fase è conservata mediante la formazione di due molecole di NADH per molecola di glucosio, con una resa netta di 2 ATP per molecola di.

glucosio entrata nella via metabolica. Una volta terminata la glicolisi le due molecole di piruvato formate dalla glicolisi contengono ancora la maggior parte dell'energia utilizzabile, energia che si otterrà dalle reazioni di ossidazione del ciclo dell'acido citrico.

fase preparatoria La della glicolisi richiede l'investimento di due molecole di ATP e porta alla rottura di un esoso in due molecole di trioso fosfato. Avviene in 5 tappe:

1. TAPPA 1: attivazione degli esosi/fosforilazione del glucosio: il glucosio viene attivato per le successive reazioni mediante fosforilazione glucosio-6-fosfato a livello del C6 per formare ed è l'ATP che dona il gruppo fosforico. Si tratta di una reazione irreversibile ed è catalizzata esochinasi dall' (le chinasi sono enzimi che catalizzano il trasferimento di un gruppo fosforico terminale dall'ATP a un accettore nucleofilico), enzima che ha bisogno di ioni Mg2+ per la sua attività catalitica, dato che il

verosubstrato non è l'ATP4-, ma il complesso MgATP2-. Gli ioni Mg2+ proteggono le cariche negative dei gruppi fosforici dell'ATP, rendendo l'atomo di fosforo terminale un bersaglio più accessibile all'attacco nucleofilo da parte del gruppo OH del glucosio. L'enzima va incontro a una grossa modificazione conformazionale quando lega il glucosio e quando si lega l'ATP due domini della proteina si spostano l'uno verso l'altro di circa 8 Å (movimento che impedisce l'ingresso di H2O che idrolizzerebbe i legami fosfanidridici dell'ATP). L'esochinasi è una proteina citosolica solubile ed è presente in quasi tutti gli organismi. Il genoma umano codifica 4 differenti esochinasi che catalizzano la stessa reazione (enzimi che catalizzano la stessa reazione ma codificati da geni diversi sono detti isozimi), ma uno di questi, la glucochinasi (o esochinasi IV) differisce dalle altre per proprietà cinetiche e per regolazione.

è presente a livello delle cellule del fegato, ed è strumentale al mantenimento dell'omeostasi del glucosio nel sangue.

2. TAPPA 2: conversione del glucosio 6-fosfato a fruttosio 6-fosfato: la fosfoglucosio isomerasi reazione è catalizzata dall'enzima che catalizza l'isomerizzazione reversibile del glucosio-6-fosfato in fruttosio-6-fosfato (un chetoso). Il meccanismo di reazione comporta la formazione di enediolo intermedioun e la reazione procede in entrambe le direzioni data la relativamente piccola variazione di energia libera standard.

3. TAPPA 3: fosforilazione del fruttosio 6-fosfato a fruttosio 1,6-fosfofruttochinasi-1 (PFK-1) bisfosfato: l'enzima catalizza il trasferimento di un gruppo fosforico dall'ATP al fruttosio 6-fosfato per formare il fruttosio 1,6-bisfosfato. Esiste un secondo enzima, il PFK-2 che catalizza la formazione di fruttosio 2,6-bisfosfato a partire dal fruttosio 6-fosfato. La reazione catalizzata da PFK-1 è essenzialmente

irreversibile può essere considerata la prima reazione di comando della glicolisi. Il fruttosio 1,6-bisfosfato è un intermedio esclusivo della glicolisi. Alcuni batteri, protisti e piante hanno una fosfofruttochinasi che utilizza il pirofosfato(PPi) e non l'ATP come donatore del gruppo fosforico in questa tappa. La PFK-1 è soggetta a una complessa regolazione allosterica: la sua attività aumenta quando la quantità di ATP cellulare diminuisce o quando i prodotti della demolizione dell'ATP, cioè ADP e l'AMP, si accumulano. Viene inibito quando i livelli di ATP sono elevati; il fruttosio 2,6-bisfosfato e il ribulosio e l'AMP sono attivatori di questo enzima. ATP e citrato sono inibitori dell'enzima.

TAPPA 4: scissione del fruttosio 1,6-bisfosfato: l'enzima 1,6-bisfosfato aldolasi (o aldolasi) catalizza una reazione di condensazione aldolica reversibile. Il fruttosio 1,6-bisfosfato viene scisso gliceraldeide

3-fosfato(aldoso)in due diversi triosi fosforilati,la e ildiidrossiacetone fosfato(chetoso). Le aldolasi di tipo I usano questo tipodi meccanismo catalitico,mentre le aldolasi II non formano basi di Schiffcome intermedi. Nel sito attivo di questo enzima uno ione zinco(Zn2+) sicoordina con l'ossigeno carbonilico in C2 ;questo ione polarizza il gruppocarbonilico e stabilizza l'intermedio enolato che si forma nella tappa discissione del legame C-C. La variazione di energia libera èmodesta,perciò la reazione aldolasica è facilmente reversibile.

5. TAPPA 5: Interconversione dei triosi fosfato : solo la gliceraldeide 3-fosfato può essere degradata direttamente nelle tappe successive dellaglicolisi mentre il diidrossiacetone fosfato viene rapidamente e triosioreversibilmente convertito in gliceraldeide 3-fosfato dall'enzimafosfato isomerasi con un meccanismo simile a quello svolto dall'enzimadella tappa 2. Dopo la reazione le due metà del

glucosio avranno entrambe generato una molecola di gliceraldeide 3-fosfato.

fase di recupero energetico

La comprende le tappe di fosforilazione che conservano parte dell'energia della molecola di glucosio sotto forma di ATP e NADH. La conversione di due molecole di gliceraldeide 3-fosfato in due molecole di piruvato è accompagnata dalla formazione di 4 molecole di ATP dall'ADP. La resa netta in ATP per molecola di glucosio è di 2 ATP, perché due molecole di esso sono state consumate nella fase preparatoria per fosforilare la molecola di glucosio in posizione 1 e 6. Si divide anch'essa in 5 tappe:

1. TAPPA 6: ossidazione della gliceraldeide 3-fosfato a 1,3-gliceraldeide 3-bisfosfoglicerato: reazione catalizzata dall'enzima fosfato deidrogenasi, rappresenta la prima delle due reazioni della glicolisi in cui viene recuperata l'energia necessaria alla formazione di ATP. Il gruppo aldeidico della gliceraldeide viene ossidato, dando origine a un'anidride

tra un gruppo carbossilico e l'acido fosforico. Questo tipo dianidride, chiamata acil fosfato (intermedio di reazione), ha elevata energia libera standard di idrolisi. Gran parte dell'energia viene conservata con la formazione dell'acil fosfato nella posizione C1 dell'1,3-bisfosfoglicerato. La gliceraldeide 3-fosfato si lega covalentemente all'adeidrogenasi durante la reazione, il gruppo aldeidico della gliceraldeide reagisce col gruppo SH di un residuo di cisteina di un tioemiacetale. La glicolisi si arresterebbe subito se il NADH che si è formato in questa tappa non venisse continuamente riossidato e quindi riciclato, e deve essere rigenerato nella glicolisi anaerobia e nella catena di trasporto di elettroni mitocondriale. 2. TAPPA 7: trasferimento del gruppo fosforico dall'1,3-fosfoglicerato chinasibisfosfoglicerato all'ADP: l'enzima catalizza la reazione di trasferimento del gruppo fosforico ad alta energia del gruppo 3-carbossilico.dell'1,3-bisfosfoglicerato all'ADP per formare ATP e fosfoglicerato. Prende il nome dalla reazione che procede nella direzione opposta, in cui il trasferimento del gruppo fosforico si ha dall'ATP al 3-fosfoglicerato (catalizza la reazione in entrambe le direzioni). Le tappe 6 e 7 nel loro insieme costituiscono un processo di accoppiamento energetico in cui l'intermedio comune è l'1,3-bisfosfoglicerato. L'energia rilasciata durante l'ossidazione di un gruppo aldeidico a gruppo carbossilico viene conservata attraverso la formazione accoppiata di ATP da ADP e Pi. Si tratta di una fosforilazione a livello del substrato che coinvolge enzimi solubili e intermedi chimici, al contrario della fosforilazione accoppiata alla catena respiratoria che coinvolge invece enzimi legati alla membrana e gradienti protonici transmembrana. 3. TAPPA 8: conversione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato: fosfoglicerato mutasi l'enzima catalizza lo scambio reversibile del gruppo.

fosforilico tra il C2 e il C3 del glicerato e richiede la presenza di Mg2+. La reazione avviene in due tappe: un gruppo fosforico inizialmente legato a un residuo di istidina della mutasi viene trasferito all'ossidrile in C2 del 3-fosfoglicerato che forma così il 2,3-bisfosfoglicerato. Il gruppo fosforico in C3 viene quindi trasferito allo stesso residuo di istidina e si forma il 2-fosfoglicerato, con rigenerazione dell'enzima fosforilato.

4. TAPPA 9: deidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato: enolasil'enzima promuove la rimozione reversibile di una molecola di acqua dal 2-fosfoglicerato per generare il fosfoenolpiruvato (PEP). Il meccanismo di reazione coinvolge un intermedio enolico stabilizzato da Mg2+ e la reazione converte un composto fosforico relativamente basso in uno con un elevato potenziale di trasferimento.

5. TAPPA 10: trasferimento del gruppo fosforico da