Glicolisi e fermentazione

Processo di idrolisi dell'ATP e isomerizzazione del glucosio

L'enzima esochinasi idrolizza l'ATP in ADP + Pi e trasferisce il fosfato inorganico ottenuto al glucosio, che diventa glucosio-6-fosfato. Questa reazione porta al bloccaggio del glucosio all'interno della cellula, poiché il glucosio fosforilato viene intrappolato e non riconosciuto dai trasportatori di ATP esochinasi Mg2+.

L'idrolisi dell'ATP avviene sempre in presenza di magnesio, che lega le cariche negative dell'ATP e gli conferisce una conformazione tridimensionale adatta al sito catalitico dell'enzima. Se il magnesio non è presente, l'ATP non riesce ad entrare nel sito catalitico dell'enzima.

Nella seconda fase del processo, l'enzima isomerizza il glucosio-6-fosfato in fruttosio-6-fosfato. Il deltaG della reazione tende a zero, con un valore di 1.7 kj/mol.

infatti la reazione è all'equilibrio (se cellula ha tanto fruttosio si forma glucosio, se cellula ha tanto glucosio si forma più fruttosio).

O FRUTTOSIO-6-FOSFATOOCHO- OP O 2 O O- P O CHO- CH -OH2 2OHH H O- HH OHHHH Mg2+OH OH isomerasi OH HOHHTERZA TAPPA DUPLICE FOSFORILAZIONE DEL FRUTTOSIO:

Questa tappa è regolata dalla chinasi PFAK1, la FOSFOFRUTTOCHINASI 1, che idrolizza la seconda molecola di ATP e trasferisce il gruppo fosfato ottenuto sul fruttosio-1-fosfato in posizione 6, rendendolo FRUTTOSIO-1,6-BIFOSFATO e il deltaG della reazione è: deltaG= -14.2 kj/mol

L'enzima PFAK1 è molto grande, tetramerico ed è regolato allostericamente:

• Tra i regolatori vi è il FRUTTOSIO-2,6-BIFOSFATO, che è anche il regolatore principale di tutta la glicolisi
• Anche l'AMP e l'ATP sono regolatori allosterici e sono in equilibrio tra loro perché l'ATP, essendo il prodotto finale del catabolismo del glucosio,

funziona da INIBITORE ALLOSTERICO ( in grande quantità si lega come effettore negativo a sito catalitico enzima, diminuendo affinità enzima PFAK1 per fruttosio-6-fosfato); invece, l'AMP funge da ATTIVATORE ALLOSTERICO e in alte concentrazioni funge da effettore positivo, legandosi con maggiore affinità a sito catalitico PFAK1, impedendo legame con ATP che ne regola affinità. FRUTTOSIO-1,6-BIFOSFATO

CH -OHO- P O CH OO- P O PCH CH2 O-2 2 2O- O- O-HH OH ADPATP HH H OHHMg2+OH H PFAK1, OH H1fosfofruttochinasi

QUARTA TAPPA: SCISSIONE DEL FRUTTOSIO

L'enzima che interviene in questa reazione è un aldolasi e ne esistono 2 tipi, una che interviene nella scissione del fruttosio in 2 zuccheri a 3 atomi di carbonio ciascuno, e l'altra interviene nel metabolismo del fruttosio.

I 2 zuccheri a 3 atomi di carbonio che si formano sono entrambi fosforilati e sono il DIIDROSSIACETONE FOSFATO e la GLICERALDEIDE FOSFATO.

Il deltaG della reazione risulta

essere: deltaG= 23.8 kj/mol

DIDROSSIACETONE FOSFATOOO O OCH P O-O 2O- OP O PCH CH O-2 2 OO- HC OO- CO-HH OHH OHCH2 OHHC+ OOH aldolasiH O P O-CH2 O-GLICERALDEIDE 3-FOSFATO

QUINTA TAPPA: ISOMERIZZAZIONE DEI DUE ZUCCHERI

Questa è l'ultima reazione della prima fase di investimento energetico. Poiché nella fase successiva potrà intervenire soltanto la gliceraldeide-3-fosfato, il diidrossiacetone dovrà essere convertito in quest'ultima. Sotto l'azione di un enzima isomerasi si otterranno perciò 2 molecole di GLICERALDEIDE-3-FOSFATO. Questa reazione ha un deltaG equivalente a: deltaG= 7.5 kj/mol

OHO CO PCH O-2 HC OHO- OC isomerasiO O PCH O-2OHCH2 O-2 x GLICERALDEIDE-3-FOSFATO

SESTA TAPPA: OSSIDAZIONE DELLA GLICERALDEIDE FOSFATO O

Questa reazione è una forte ossidazione ed è catalizzata dall'enzima GLICERALDEIDE-3-FOSFATO HO P O-CDEIDROGENASI, che è una deidrogenasi pirimidinadipendente, perciò è NAD dipendente.

O-HC OHQui avviene l'ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato O +a 1,3-BIFOSFOGLICERATO, da un aldeide ad acido O PCH O- NAD+carbossilico. 2Il gruppo carbossilico presenta legato a se un gruppo O-fosfato che lo rende molto instabile e presenta un deltaG: deltaG= 6.3 kj/mol gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasiQuesta reazione è un ossidoriduzione e in contemporanea NADH + H+all'ossidazione della gliceraldeide a bifosfoglicerato si ha la Oriduzione del NAD+(forma ossidata) a NADH(forma ridotta). O P O-Il NAD+ si trasforma in NADH consumandosi quasi Ocompletamente, e per rigenerare questo NAD+, necessario C 2 XO-per il continuo della glicolisi, si hanno due possibilità: 1,3-BIFOSFOGLICERATOHC OH• se cellula è aerobia, gli elettroni del NADH saranno Oceduti al mitocondrio nella catena di trasporto dielettronico, per rigenerare il NAD+ consumato e ATP O PCH O-2• Se cellula è anaerobia, per rigenerare NAD+ si attuerà il O-processo di

1. fermentazione.
2. SETTIMA TAPPA: FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO

Questa reazione è una fosforilazione a livello del substrato, ovvero la fosforilazione dell'ADP ad ATP tramite la rimozione di un gruppo fosfato dalla molecola di fosfoglicerato tramite l'enzima FOSFOGLICEROCHINASI. Da due molecole di 1,3-bifosfoglicerato si ottengono così 2 molecole di 3-FOSFOGLICERATO e le prime 2 molecole di ATP. Questa reazione presenta un deltaG negativo: deltaG= -18.5 kj/mol



3. OTTAVA TAPPA: ISOMERIZZAZIONE DEL 3-FOSFOGLICERATO

Questa reazione consiste nello spostamento del gruppo fosfato dalla posizione 3 alla posizione 2. L'enzima che interviene è la FOSFOGLICERATO MUTASI che isomerizza la molecola di 3-fosfoglicerato in 2-FOSFOGLICERATO; questa reazione però presenta un

intermedio che è il 2,3-BIFOSFOGLICERATO o BPG, un intermediotransitorio a cui viene poi rimosso un fosfato che viene legato al sito catalitico O-dell’istidina che risulta fosforilata. fosfoglicerato mutasi Mg2+Il 2,3-bifosfoglicerato è fondamentale però nella regolazione dell’emoglobina,agendo come regolatore allosterico negativo e responsabile cooperatività, e così O-Onell’eritrocita la glicolisi, a differenza del resto delle cellule, risulta poco efficace, OCperché una parte di glucosio non forma ATP ma resta nello stadio intermedio O P O-HCsottoforma di 2,3-bifosfoglicerato: questa via divergente della glicolisi tipicadell’eritrocita si chiama ‘shunt di Rapoport’ e si forma 1 sola molecola di ATP. O-CH OH2Il deltaG di questa reazione è positivo: deltaG= 4.4 kj/mol 2x 2-fosfogliceratoNONA TAPPA: DISIDRATAZIONE 2-FOSFOGLICERATOGrazie all’enzima ENOLASI si ha la conversione del 2-fosfoglicerato

in FOSFOENOLPIRUVATO o PEP, tramiteuna reazione di disidratazione, in cui si perde una molecola di H2O.Il deltaG della reazione risulta essere: dltaG= 7.5 kj/mol e il PEP é un prodotto ad alta energia.

O- O-O OH O2O OC C 2 xfosfoenolpiruvato

O P O-HC O P O-enolasi CO- O-CH OH CH2 2DECIMA TAPPA: FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO

Questa è l’ultima reazione della glicolisi e vede la conversione del fosfoenolpiruvato a PIRUVATO, prodottofinale della glicolisi. Questa reazione avviene tramite l’intervento dell’enzima PIRUVATO CHINASI che permettela conversione spostando il fosfato ad alta energia del PEP sull’ADP formando ATP.

Al termine della glicolisi si ottengono così 2 molecole di PIRUVATO e 2 ATP.

O-O-O- PO OPO- CO PO Mg2+; K+ +C P C O Ppiruvato chinasi

O +P O-C ATPx2O OCH3O- AdeninaRibosioRibosio AdeninaCH 2 x PIRUVATO2