Biochimica e analisi biochimica degli alimenti

LA FERMENTAZIONE

Sia la piruvatochinasi che la fosfofruttochinasi sono inibite dall'ATP. La presenza di ATP inibisce la

piruvatoesochinasi e la fosfofruttochinasi. L'ATP è uno dei prodotti finali, è la molecola che deve

essere prodotta. Quando ce n'è abbastanza nella cellula, l'ATP stesso inibisce questi enzimi facendo

rallentare la glicolisi.

L'esochinasi, enzima che catalizza la prima reazione, è inibita dal suo prodotto: il glucosio-6-fosfato.

L'esochinasi non è inibita da ATP, non risponde allo stato energetico della cellula, ma è inibita dal

glucosio6-fosfato. Non è inibita da ATP perché anche se la cellula magari ha già abbastanza ATP,

continua a inibizzarla → La prima reazione della glicolisi da glucosio a glucosio-6-fosfato è in

generale il punto di ingresso di glucosio nel metabolismo. Quando il glucosio – per esempio – deve

fare glicogeno (il suo polimero), deve fare la prima reazione. Quindi la prima reazione non è

esclusiva della glicolisi, ma la deve fare anche per poter poi intraprendere altri destini metabolici. Di

conseguenza l'enzima non è inibito da ATP, perché magari di ATP ce n'è già a sufficienza, la glicolisi

non serve farla, ma questa prima reazione serve lo stesso per far poi prendere altre vie, altri

metabolismi, al glucosio-6-fosfato.

Il piruvato che si forma alla fine della glicolisi può prendere diversi desini metabolici. Tra i destini

metabolici si differenziano quelli che può prendere in condizioni di anaerobiosi e quelli che può

prendere in condizioni di aerobiosi [il piruvato che si forma dalla glicolisi può prendere diverse vie

metaboliche in funzione di presenza o assenza di ossigeno].

L'ossigeno è una discriminante, perché nella glicolisi da un glucosio si producono due piruvati, due

ATP e due NADH. L'ATP, in quel momento, serve alla cellula per fare altre funzioni, quindi man

mano che viene prodotto verrà consumato in altri processi e quindi non si accumula. Il NADH

+

prodotto invece si accumula, e ad un certo punto il NAD presente potrebbe terminare e se termina

farebbe fermare la glicolisi. In condizioni di aerobiosi, quindi quando è presente l'ossigeno, è

+

l'ossigeno stesso che permette di riossidare il NADH a NAD . Nel metabolismo il ruolo principale

dell'ossigeno è quello di riossidare cofattori redox nella forma ossidata. In condizioni anaerobiosi,

+

quando non è presente l'ossigeno, il NADH non può essere riconvertito a NAD dall'ossigeno stesso

perché non c'è. In condizioni di anaerobiosi, la cellula deve utilizzare altri sistemi per riossidare il

+

NADH a NAD . Questi altri sistemi sono le fermentazioni.

Le due principali sono la fermentazione lattica e la fermentazione alcolica.

Anche i nostri tessuti, in condizioni di stress, possono fare fermentazioni → si attiva il metabolismo

+

anaerobio sennò ci sarebbero eccessi di NAD .

Fermentazione lattica

Nella fermentazione lattica il piruvato prodotto dalla glicolisi viene ridotto ad acido lattico → il

+ +

cofattore NADH deve ossidarsi a NAD . Questa reazione permette di riossidare NADH a NAD per

renderlo disponibile alla glicolisi. Un batterio lattico, quando cresce nel latte per trasformatelo in

yogurt, l'acido lattico che produce con la fermentazione, per lui è un prodotto di scarto e infatti lo

butta all'interno del mezzo. Quando l'acido lattico si accumula, l'abbassamento di pH inibisce

l'ulteriore crescita. Lo scopo della fermentazione lattica non è produrre acido lattico, ma è riossidare

+

il NADH a NAD per portare avanti la glicolisi in assenza di ossigeno.

L'enzima di questa reazione è il lattato deidrogenasi (deidrogenasi sono quelli coinvolti nelle

reazioni redox).

Fermentazione alcolica

Formata da due reazioni. La fermentazione alcolica produce anche anidride carbonica.

La fermentazione alcolica parte dal piruvato, molecola che ha tre atomi di carbonio. Nella prima

reazione il piruvato viene decarbossilato, cioè viene tolto un atomo di carbonio sottoforma di CO .

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Marianna Sala

Da questa decarbossilazione si forma una molecola di CO e si forma una molecola con due atomi

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di carbonio. La molecola che si forma dalla prima ossidazione è l'acetaldeide (aldeide acetica);

l'enzima è il piruvato decarbossilasi. Nella seconda reazione l'acetaldeide viene ridotta ad etanolo

(alcol etilico), che è il prodotto finale. Se la via energetica si riduce, un cofattore deve ossidarsi, ed

+

è sempre il NADH che si riossida a NAD , per essere poi disponibile alla glicolisi. L'enzima di

questa seconda reazione è l'alcol deidrogenasi. +

In condizioni aerobiche la il NADH che si forma durante la glicolisi è riciclato a NAD , e i suoi

elettroni vengono trasferiti all'ossigeno. In condizioni anaerobiche molti organismi rigenerano

+

il NAD trasferendo gli elettroni dal NADH al piruvato, formando lattato oppure etanolo e CO .

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VIE DI ALIMENTAZIONE DELLA GLICOLISI

Il glucosio tramite la glicolisi comincia il suo metabolismo. Nella nostra alimentazione, però, non si

introduce soltanto glucosio, ma anche atri tipi di monosaccaridi (fruttosio o galattosio). Questi due

zuccheri entrano nel metabolismo in modi diversi.

Fruttosio

• L'esochinasi – primo enzima della glicolisi – ha una certa flessibilità di substrato. L'esochinasi sa

catalizzare la sua reazione non soltanto sul glucosio, ma anche sul fruttosio. L'esochinasi sa

trasformare il fruttosio in fruttosio-6-fosfato. In questa reazione un ATP diventa ADP. Il fruttosio-

6-fosfato è un intermedio della glicolisi, quindi può continuare tranquillamente la glicolisi.

nostro organismo ci sono tessuti con funzioni differenti. Per quanto riguarda il glucosio e

◦Nel

la glicemia → i muscoli hanno il compito di garantire il movimento, che è fondamentale per la

vita. Il fegato ha, tra i suoi compiti, quello di mantenere costante la glicemia.

I muscoli fanno glicolisi, mentre il fegato attiva o rallenta la glicolisi anche per regolare la

glicemia. Questa differenza si trova anche in un enzima della glicolisi, l'esochinasi che si trova

nel muscolo e più o meno in tutti gli altri organi, non si trova nel fegato. Nel fegato la prima

reazione della glicolisi non è realizzata dall'esochinasi, ma è realizzata dalla glucosinasi. La

glucochinasi ha delle caratteristiche che la rendono più adatta al controllo della glicolisi. A

differenza dell'esocinasi, la glucochinasi è specifica solo e soltanto per il glucosio. Quindi, nei

muscoli e negli altri tessuti il fruttosio sfrutta l'esochinasi per fare la glicolisi, nel fegato non

essendoci l'esochinasi dovrà compiere un percorso più complesso.

Quindi l'esochinasi può fosforilare anche il fruttosio, ma non nel fegato perché lì non c'è

l'esochinasi.

Galattosio

• Il galattosio, per entrare nella glicolisi viene

inizialmente fosforilato a diventare

galattosio-1-fosfato. Questa fosforilazione

viene fatta da un enzima specifico che è una

chinasi (ATP è diventato ADP). Questo

galattosio reagisce con un UDP-glucosio

(UDP è uridinadifosfato, un nucleotide). In

questa molecola l'UDP, come dice il nome, è

legato al glucosio. In questa reazione

galattosio e glucosio si scambiano. Si formano glucosio-1-fosfato libero, e UDP-galattosio.

Questa reazione può funzionare ciclicamente perché c'è un enzima, una isomerasi, che trasforma

l'UDP-galattosio in UDP-glucosio. In questo passaggio è entrato un glucosio ed uscito un

galattosio utilizzando un ATP. Con questo passaggio, da un galattosio al netto si è formato un

glucosio-1-fosfato utilizzando un ATP. In questo modo, il galattosio, dopo aver subito le reazioni,

ha fatto formare un glucosio-1-fosfato. Il glucosio-1-fosfato non è un intermedio della glicolisi, e

quindi come tale non può entrare direttamente nella glicolisi. Il glucosio-1-fosfato viene

convertito a glucosio-6-fosfato → enzima fosfoglucomutasi. Questa reazione è perfettamente

reversibile, e infatti la si trova in altri metabolismi che attivano il substrato. 60

Marianna Sala

La glicolisi può fornire intermedi per altre vie metaboliche. Per esempio da 3PG (3-fosfoglicerato)

si può formare la serina [quell'intermedio metabolico costituisce un punto di diramazione e di

scambio; l'intermedio può scegliere se prendere la via della glicolisi o se andare a fare sintesi di

amminoacido]. Un altro esempio è dato dal F6P (fruttosio-6-fosfato) che permette di formare

glicoproteine o glicolipidi, quindi anche F6P può prendere altri destini metabolici.

Il glicogeno e l'amido endogeni, forme di deposito del glucosio, entrano nella glicolisi tramite

un processo a due tappe: la scissione fosforolitica, con formazione di glucosio-1-fosfato,

catalizzata dalla glicogeno fosforilasi o dall'amido fosforilasi e la conversione del glucosio-1-

fosfato in glucosio-6-fosfato, a opera della fosfoglucomutasi.

I polisaccaridi e i disaccaridi ingeriti con la dieta vengono convertiti in monosaccaridi per

azione di enzimi idrolitici intestinali.

Diversi D-esosi, come il fruttosio, il galattosio e il mannosio vengono fosforilati e quindi

trasformati in glucosio-6-fosfato, fruttosio-6-fosfato o fruttosio-1-fosfato.

La conversione del galattosio-1-fosfato in glucosio-1-fosfato coinvolge due derivati

nucleotidici degli zuccheri: l'UDP-galattosio e l'UDP-glucosio.

L'ANABOLISMO DEGLI ZUCCHERI

Nel metabolismo della cellula, la via contraria alla glicolisi si

chiama gluconeogenesi che è la via anabolica contraria alla

glicolisi. È la via che permette di formare glucosio partendo da

piruvato. È una via che viene considerata sempre citosolica,

perché la maggior parte delle sue reazioni avviene sempre nel

citosol. Soltanto un paio di reazioni avvengono in un altro

organello. La gluconeogenesi ha in comune con la glicolisi 7

reazioni: tutte le reazioni della glicolisi che sono reversibili si

trovano nella gluconeogensi, ma avvengono in senso contrario

(stessi enzimi e stessi intermedi).

Per studiare la gluconeogenesi si deve studiare come si fanno ad

“aggirare” le tre reazioni irreversibili della glicolisi; cioè come si

fa a tornare indietro rispetto a quelle tre reazioni che erano

irreversibili (la prima, la terza e la decima). La gluconeogenesi si

parte dal piruvato, che diventa glucosio.

La decima reazione della glicolisi portava da piruvato a

fosfoenolpiruvato, reazione irreversibile. Per tornare indietro, cioè

per passare da piruvato a fosfoe