Glicolisi: cos'è e gli step

Il legame C si presta a essere scisso perché il gruppo carbonilico α β rende lo stato di transizione (in cui è presente una separazione di carica) del processo relativamente stabile. L'enzima sfrutta la presenza del gruppo carbonilico. La scissione avviene sulla forma aperta del substrato mediante catalisi covalente (basi di Schiff) e catalisi acido-base. La base di Schiff protonata agisce da contenitore (sink) di elettroni, stabilizzando stati di transizione altrimenti fortemente destabilizzati dall'accumulo di carica negativa. Il meccanismo è un meccanismo ping-pong in cui interviene anche un meccanismo di catalisi covalente.

REAZIONE 5: ISOMERIZZAZIONE DEL CHETOTRIOSO IN ALDOTRIOSO

Isomerizzazione del diidrossiacetone fosfato (chetotrioso) in gliceraldeide-3-fosfato (aldotrioso), catalizzata dalla trioso fosfato isomerasi (TIM) (EC 5.3.1.1). La reazione avviene in condizioni vicine all'equilibrio.

SECONDA FASE provenienti dall'ATP

Ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato in 1,3-bisfosfoglicerato da parte del NAD, catalizzata dalla gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.2.1.12) (classe delle ossidoriduttasi).

La reazione avviene in condizioni vicine all'equilibrio. Il carbonio è più ossidato. Non ci si limita ad ossidare il carbonio carbonilico, ma la forma viene legata ad un gruppo fosforico. È una anidride mista.

L'acido glicerico è un acido aldonico: prodotto di ossidazione di un aldoso. Deidrogenasi è un termine molto usato e fa riferimento al fatto che catalizza una reazione in cui vengono sottratti atomi di idrogeno.

La reazione, come le precedenti, mantiene reagenti e prodotti vicini all'equilibrio.

La reazione è importante perché comporta l'accoppiamento tra reazioni. La reazione catalizzata dalla gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi

(GAPDH) è una reazione in cui la GAP viene convertita in un composto ad alto potenziale di trasferimento del fosfato, il BPG. Il bisfosfoglicerato contiene infatti un gruppo fosfoanidridico (anidride mista) con energia libera di idrolisi negativa. La reazione è endoergonica, e l'energia è fornita dall'ossidazione del gruppo aldeidico molto elevata. L'ossidazione del gruppo aldeidico (esoergonica) è accoppiata alla formazione del legame fosfoanidridico (endoergonica). In altre parole, parte dell'energia libera resa disponibile dalla ossidazione del gruppo aldeidico viene conservata sotto forma di anidride mista. Nell'insieme, la reazione è leggermente endoergonica in condizioni standard: ΔG'° +6.3 kJ/mol.

Catalisi covalente e acido-basica. Come ossidante viene usato il NAD (cosubstrato). Il gruppo aldeidico è ossidato non

direttamente a gruppo carbossilico ma inizialmente a dare un gruppo tioestere. Parte dell'energia prodotta dall'ossidazione è "salvata" sotto forma di gruppo tioestere. I tioesteri hanno un elevato potenziale di trasferimento del gruppo acile.

REAZIONE 7: PRIMA FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO all'ADP, catalizzata dalla Trasferimento di un gruppo fosforico in posizione 1 del 1,3-bisfosfoglicerato fosfogliceratochinasi (EC 2.7.2.3) (classe delle transferasi). all'equilibrio. La reazione, fortemente esoergonica in condizioni standard, avviene in condizioni vicine molto maggiore di quello dell'ATP: Il BPG ha un potenziale di trasferimento del fosfato quindi può fosforilare l'ADP. ha una struttura simile a quella dell'esochinasi. La fosfoglicerato chinasi Anche i meccanismi catalitici sono simili, con il coinvolgimento di un fenomeno di adattamento indotto all'ossidazione Bilancio complessivo della sintesi di ATP accoppiata

della GAP a dare 3PGA

Anche questa chinasi prevede un adattamento indotto con un cambiamento di conformazione nativa abbastanza drastico per il legame con il substrato.

REAZIONE 8: PREPARAZIONE ALLA SINTESI DEL SECONDO COMPOSTO AD ALTO POTENZIALE DI TRASFERIMENTO DEL FOSFATO

Presenta un legame fosfoestere, non in grado di trasferire il fosfato; quindi, questo composto non è suscettibile a produrre ATP: bisogna cambiare la struttura, e ciò avviene negli ultimi passaggi della glicolisi.

L'isomerizzazione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato, è catalizzata dalla fosfoglicerato mutasi (EC 5.4.2.1) è una "transferasi" che catalizza il trasferimento di un gruppo all'interno (isomerasi). Una mutasi della stessa molecola. condizioni vicine all'equilibrio.

La reazione avviene in La reazione è una mutasi.

REAZIONE 9: SINTESI DEL SECONDO COMPOSTO AD ALTO POTENZIALE DI TRASFERIMENTO DEL FOSFATO

Si è generato un doppio

legame.Deidratazione del 2-fosfoglicerato a dare fosfoenolpiruvato, catalizzata dalla enolasi (EC 4.2.1.11) (appartenente alla classe delle liasi). La reazione avviene in condizioni vicine all'equilibrio.

REAZIONE 10: SECONDA FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO Il composto si chiama fosfoenolpiruvato e ha un alto potenziale di trasferimento del fosfato, tale da permettere il trasferimento all'ADP dando luogo ad una reazione fortemente esoergonica. Trasferimento di un gruppo fosforico dal fosfoenolpiruvato all'ADP, catalizzata dalla piruvato chinasi (EC 2.7.1.40) (transferasi). La reazione, fortemente esoergonica in condizioni standard, avviene in condizioni lontane dall'equilibrio. La maggior parte dell'alto potenziale di trasferimento del fosfato del PEP deriva dalla tautomerizzazione del piruvato dalla forma enolica a quella chetonica, che può avvenire solo dopo il rilascio del gruppo fosfato che libera il gruppo ossidrilico. Si ha trasferimento del

doppio legame, generando il gruppo carbonilico con trasferimento di un idrogeno (tautomerizzazione). Di per sé, la reazione di rottura di questi legami non ha nulla di particolare. Questa modalità di trasferimento del fosfato da un metabolita fosforilato (donatore) ad ADP è una modalità di produzione di ATP dove il gruppo fosforico deriva direttamente da un metabolita fosforilato: è una delle modalità possibili e si chiama "fosforilazione a livello del substrato".

La stechiometria complessiva della glicolisi è:

Glucosio + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

ATP: per ogni mole di glucosio vengono consumate 2 mol di ATP nella prima fase e vengono prodotte 4 mol ATP nella seconda fase. Bilancio netto: 2 mol ATP.

L'ossidazione di 1 mol glucosio a 2 mol piruvato + 2NADH: (4 e-) è accompagnata dalla riduzione di 2 mol di NAD+.

In cellule aerobiche, il NADH (E° -0.32 V)

può essere riossidato nella fosforilazione ossidativa con produzione di 2.5 mol ATP per mole di NADH. In cellule anaerobiche il NADH deve essere riossidato da altri ossidanti.

O nel ciclo dell'acido citrico con Piruvato: In cellule aerobiche, il piruvato può essere ossidato a CO2 e H2O con produzione di ulteriore ATP. In cellule anaerobiche, il piruvato può essere ridotto per rigenerare NADH.

Nella prima fase si consumano 2 moli di ATP, mentre alla fine se ne formano 4. Il bilancio totale è quindi di 2 moli. Si ha un passaggio, il primo della seconda fase, che è una ossido riduzione in cui il gruppo aldeidico viene ossidato, riducendo il NADH, quindi bisogna aggiungere alla stechiometria questa trasformazione. In generale, tutto il metabolismo avviene in condizioni stazionarie, e nessun prodotto viene raccolto. Nelle cellule aerobiche che usano ossigeno come ossidante, il NADH può essere riossidato, accoppiata alla produzione di ulteriore ATP.

Per ogni mole di NADH si ha l'accoppiata produzione di 2.5 mol di ATP. Nelle cellule anaerobiche, il NADH va riossidato, ma vengono usati altri ossidanti. Anche il piruvato viene consumato, che può essere ossidato ulteriormente producendo CO2 e H2O, accoppiato con produzione di ATP.

DESTINI METABOLICI DEL PIRUVATO

Viene trasformato in acetil-CoA nelle cellule aerobiche e avviato alla completa ossidazione. Nel caso di cellule anaerobiche ha un destino diverso: viene convertito in altri composti: lattato (cellule animali) o etanolo (lieviti).

Perché le cellule anaerobiche trasformano il piruvato in questo modo? Sia acido lattico che etanolo viene poi eliminato. La conversione comporta la riduzione del piruvato, viene usato il NADH, che torna ad essere NAD+. Etanolo e lattato sono più ridotti. Questo è ciò che avviene nei muscoli dei vertebrati. Questi processi si chiamano anche fermentazioni: processo catabolico degradativo che non comporta ossidazione.

netta del metabolita che viene degradato. La conversione del piruvato in lattato avviene in un solo passaggio. La conversione del piruvato in etanolo avviene in due passaggi.

FERMENTAZIONE OMOLATTICA

L'enzima Nei batteri lattici e nel muscolo dei vertebrati esiste lattato deidrogenasi. La reazione catalizzata avviene in condizioni vicine all'equilibrio. E' detta omolattica per distinguerla dalla eterolattica. Si chiama così perché il glucosio è trasformato sono in lattato, mentre della fermentazione eterolattica viene prodotto anche altro. La reazione catalizzata dalla lattato deidrogenasi consiste nel trasferimento di uno ione idruro (H-) dal NADH al C (carbonile) del piruvato. 2NAD e NADP scambiano sempre coppie di elettroni associate a un protone nella forma di ione idruro (H-). I batteri lattici sono quelli che si usano nella produzione dello yogurt.