Glicolisi spiegata semplice

Reazione 2: Isomerizzazione del Glucosio-6-fosfato

Reazione: →

Glucosio-6-fosfato (G6P) Fruttosio-6-fosfato (F6P)

Enzima: Fosfoglucosio isomerasi (anche chiamata glucosio-6-fosfato isomerasi)

Cofattori richiesti: nessuno speci co

Tipo di reazione: →

Isomerizzazione aldoso chetoso, reversibile

Descrizione dettagliata:

Il glucosio-6-fosfato, un aldoso a sei atomi di carbonio, viene convertito nel suo isomero

chetonico, il fruttosio-6-fosfato. La reazione comporta l'apertura dell'anello piranosico del G6P,

formando la struttura lineare. Avviene poi una migrazione del gruppo carbonilico dal carbonio 1

(aldoso) al carbonio 2 (chetoso).

Il fruttosio-6-fosfato risultante è solitamente presente nella sua forma ciclica (furanosica), proprio

come il G6P.

Meccanismo:

Apertura dell'anello

• Tautomerizzazione della struttura lineare

• Richiusura dell'anello

•

Importanza siologica: Questa isomerizzazione è cruciale per permettere alla molecola di essere

riconosciuta dalla fosfofruttochinasi-1 nella reazione successiva (reazione 3). Infatti, la

fosforilazione sul carbonio 1 del fruttosio sarebbe ine cace se il carbonio fosse ancora

un'aldeide.

Energetica:

Reazione leggermente endoergonica ma spinta in avanti dalla rimozione rapida del

• prodotto (F6P) nella reazione successiva

Conclusione: Pur essendo una reazione semplice e reversibile, è fondamentale per il prosieguo

della via glicolitica. La trasformazione strutturale consente l'accesso a una fosforilazione

simmetrica necessaria per il clivaggio in due triosi più avanti nella via.

2

fi fi ffi

Reazione 3: Fosforilazione del Fruttosio-6-fosfato

Reazione: →

Fruttosio-6-fosfato (F6P) + ATP Fruttosio-1,6-bisfosfato (F1,6BP) + ADP

Enzima: Fosfofruttochinasi-1 (PFK-1)

Cofattori richiesti: Mg2+

Tipo di reazione: Fosforilazione irreversibile; reazione di regolazione chiave

Descrizione dettagliata:

Questa è una delle reazioni più importanti della glicolisi. Un secondo gruppo fosfato viene

aggiunto al fruttosio-6-fosfato, in posizione 1, formando il fruttosio-1,6-bisfosfato. Si utilizza una

seconda molecola di ATP, che viene convertita in ADP. Questa reazione è catalizzata dalla

fosfofruttochinasi-1 (PFK-1), considerata il principale punto di controllo della glicolisi.

Importanza siologica: La presenza di due gruppi fosfato attiva la molecola per il successivo

clivaggio in due molecole a 3 atomi di carbonio. Questa è una reazione irreversibile, altamente

regolata, e rappresenta il passaggio impegnativodella glicolisi, cioè il punto oltre il quale la cellula

è obbligata a completare la via.

Regolazione allosterica:

Attivatori: AMP (bassa energia cellulare), Fruttosio-2,6-bisfosfato (forte attivatore epatico)

• Inibitori: ATP (alta energia cellulare), Citrato (indicatore di abbondanza di intermedi del ciclo

• di Krebs)

Energetica:

Consumo di 1 molecola di ATP

• Reazione fortemente esoergonica (grande diminuzione di energia libera)

•

Conclusione: PFK-1 è un enzima fondamentale, regolato nemente per adattare il usso

glicolitico alle esigenze energetiche cellulari. La reazione 3 segna un punto di non ritorno nella via

glicolitica. 3

fi fi fl

Reazione 4: Clivaggio del Fruttosio-1,6-bisfosfato

Reazione: →

Fruttosio-1,6-bisfosfato (F1,6BP) Gliceraldeide-3-fosfato (G3P) + Dihidroxiacetone

fosfato (DHAP)

Enzima: Aldolasi

Cofattori richiesti: nessuno

Tipo di reazione: Clivaggio (scissione aldolica), reversibile

Descrizione dettagliata:

Questa reazione segna la transizione tra la fase di "investimento energetico" e quella di "recupero

energetico" della glicolisi. Il fruttosio-1,6-bisfosfato, una molecola a sei atomi di carbonio, viene

scissa in due triosi fosfato a tre atomi di carbonio:

Gliceraldeide-3-fosfato (G3P), direttamente utilizzabile nelle tappe successive;

• Dihidroxiacetone fosfato (DHAP), che sarà successivamente convertito in G3P.

•

Meccanismo dell'aldolasi: L'enzima catalizza la rottura del legame tra il carbonio 3 e il carbonio

4 del fruttosio-1,6-bisfosfato, generando i due triosi fosfato. La reazione avviene tramite la

formazione di una base di Schi (intermedio covalente tra il substrato e un residuo di lisina

dell’enzima), che stabilizza il processo di clivaggio.

Tipi di aldolasi:

Tipo A: predominante nei muscoli e nella maggior parte dei tessuti

• Tipo B: presente nel fegato e nei reni

•

Importanza siologica: La divisione simmetrica del fruttosio-1,6-bisfosfato permette la

generazione di due molecole potenzialmente identiche (dopo isomerizzazione), che proseguiranno

entrambe nella via glicolitica, raddoppiando il rendimento energetico.

Energetica:

Reazione leggermente endoergonica, ma il rapido consumo del G3P nelle tappe

• successive ne sposta l’equilibrio in avanti.

Conclusione: L'aldolasi non produce né consuma ATP o NADH, ma è fondamentale per la

produzione di due triosi che alimenteranno la fase successiva della glicolisi. È una reazione

reversibile, anche se nel contesto cellulare siologico procede in direzione glicolitica.

4

fi ff fi

Reazione 5: Isomerizzazione del Dihidroxiacetone

Fosfato (DHAP)

Reazione: Dihidroxiacetone fosfato (DHAP) Gliceraldeide-3-fosfato (G3P)

⇌

Enzima: Trioso fosfato isomerasi (TPI o TIM)

Cofattori richiesti: nessuno speci co

Tipo di reazione: →

Isomerizzazione chetoso aldoso, reversibile

Descrizione dettagliata:

Il diidrossiacetone fosfato (DHAP), prodotto dalla scissione del fruttosio-1,6-bisfosfato, non può

essere metabolizzato direttamente nella fase successiva della glicolisi. Per questo motivo viene

convertito nella sua forma isomerica, la gliceraldeide-3-fosfato (G3P), grazie all’azione della trioso

fosfato isomerasi.

Meccanismo dell’enzima: La TPI catalizza un trasferimento di protone interno che converte il

gruppo chetonico del DHAP (sul carbonio 2) in un gruppo aldeidico (sul carbonio 1),

trasformandolo in G3P. Il meccanismo include la formazione di un intermedio enediolico

stabilizzato dal sito attivo dell’enzima.

La trioso fosfato isomerasi è considerata un esempio classico di "enzima perfetto": il suo tasso

catalitico è talmente elevato da essere limitato solo dalla velocità di di usione del substrato.

Importanza siologica:

Permette alla glicolisi di procedere con due molecole identiche (G3P) generate da una sola

• molecola di glucosio.

Massimizza il rendimento energetico della via glicolitica.

•

Energetica:

Reazione leggermente endoergonica in condizioni standard, ma in vivo è spinta avanti dal

• consumo continuo di G3P nella reazione successiva.

Conclusione: Grazie alla TPI, entrambe le molecole prodotte dalla scissione del fruttosio-1,6-

bisfosfato possono essere metabolizzate nello stesso modo, raddoppiando l'e cienza della

glicolisi. La reazione è estremamente rapida ed e ciente, assicurando che praticamente tutto il

DHAP venga convertito in G3P. 5

fi fi ffi ff ffi

Reazione 6: Ossidazione e Fosforilazione della

Gliceraldeide-3-fosfato

Reazione: →

Gliceraldeide-3-fosfato (G3P) + Pi + NAD⁺ 1,3-Bisfosfoglicerato (1,3-BPG) + NADH

+ H⁺

Enzima: Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (GAPDH)

Cofattori richiesti: NAD⁺, Pi (fosfato inorganico)

Tipo di reazione: Ossidazione + Fosforilazione, reversibile

Descrizione dettagliata:

La gliceraldeide-3-fosfato viene ossidata e contemporaneamente fosforilata in una reazione

catalizzata dalla GAPDH. Questa è una delle reazioni chiave della fase di rendimento energetico

della glicolisi. Il gruppo aldeidico del G3P viene ossidato a un gruppo carbossilico, e

contemporaneamente un gruppo fosfato inorganico (Pi) viene aggiunto per formare un legame ad

alta energia.

Caratteristiche principali:

Si forma un legame anidro fosforico ad alta energia nel 1,3-bisfosfoglicerato.

• La reazione è accoppiata alla riduzione di NAD⁺ in NADH.

•

Meccanismo dell’enzima:

Il G3P si lega al sito attivo della GAPDH, dove un residuo di cisteina partecipa alla

1. formazione di un intermedio tioestere.

L’ossidazione del G3P consente il trasferimento di un elettrone a NAD⁺, formando NADH.

2. L’intermedio tioestere ad alta energia viene attaccato da Pi, formando il 1,3-

3. bisfosfoglicerato.

Importanza siologica:

Il 1,3-BPG è un composto ad alta energia, fondamentale per la produzione successiva di

• ATP.

La produzione di NADH ha valore energetico potenziale: in condizioni aerobiche potrà

• essere riutilizzato nella catena di trasporto degli elettroni.

Energetica:

Formazione di un legame fosfato ad alta energia.

• Reazione leggermente endoergonica ma favorita dal rapido utilizzo del 1,3-BPG nelle tappe

• successive.

Conclusione: Questa è la prima reazione della glicolisi in cui si ottiene un guadagno energetico

sotto forma di NADH. È fondamentale per collegare il metabolismo del glucosio con quello

dell’energia cellulare. La reazione è reversibile, ma direzionata verso la formazione di 1,3-BPG in

condizioni siologiche 6

fi fi

Reazione 7: Fosforilazione a livello del substrato – Produzione

di ATP

Reazione: →

1,3-Bisfosfoglicerato (1,3-BPG) + ADP 3-Fosfoglicerato (3PG) + ATP

Enzima: Fosfoglicerato chinasi (PGK)

Cofattori richiesti: Mg²⁺

Tipo di reazione: Fosforilazione a livello del substrato, reversibile

Descrizione dettagliata:

Questa reazione rappresenta il primo momento in cui la glicolisi produce ATP in maniera diretta. Il

gruppo fosfato ad alta energia legato al carbonio 1 del 1,3-BPG viene trasferito all’ADP per

formare una molecola di ATP e una molecola di 3-fosfoglicerato.

Meccanismo dell’enzima: La fosfoglicerato chinasi catalizza il trasferimento diretto del gruppo

fosfato ad alta energia dal substrato (1,3-BPG) all’ADP, sfruttando un meccanismo di tipo ping-

pong in cui il gruppo fosfato viene temporaneamente trattenuto nel sito attivo.

Importanza siologica:

È un esempio di fosforilazione a livello del substrato, che non richiede ossigeno o catena

• respiratoria.

Essendo ogni molecola di glucosio convertita in due molecole di G3P, questa reazione

• produce 2 ATP per ogni glucosio.

Compensa il consumo di ATP avvenuto nella fase iniziale della glicolisi.

•

Energetica:

Reazione esoergonica.

• Il legame anidro del 1,3-BPG ha una energia libera standard di idrolisi molto elevata (~ -49

• kJ/mol), su ciente per fosforilare ADP.

Conclusione: Questa reazione segna il passaggio dalla fase di investimento energetico alla fase

di guadagno netto. È una reazione reversibile ma fortemente favorita in direzione glicolitica in

condizion