Appunti Biochimica 1

INTRODUZIONE

Il muscolo scheletrico è presente in maggioranza nel corpo. Se viene stimolato si modifica. Ecco

perché si possono prevenire le malattie con l’esercizio fisico.

Nelle persone che iniziano attività fisica, i mitocondri aumentano del 100% in due settimane.

Il muscolo se stimolato può produrre 600-650 proteine differenti. Di queste, solo 10-15 sono

conosciute. Le proteine prodotte verranno riversate nel sangue.

Oltre a proteine, produce micro vescicole. Con l’attività fisica si producono molecole

antinfiammatorie, mentre con l’inattività si producono le chinesine, che sono molecole

infiammatorie e si ha un aumento di grasso. Ecco perché l’inattività fa male.

L’esercizio Aerobico aumenta il volume del cervello e quindi maggiori capacità cognitive. Ecco

perché se si sta fermi per molto tempo (esempio in ospedale) le capacità cognitive diminuiscono.

GLUCOSIO

Il glucosio è uno zucchero a 6 atomi di carbonio. Caratteristiche del glucosio:

- Ruolo strutturale

- Costituente di molecole complesse (amido e glicogeno)

- Può essere convertito in piruvato

- Può essere convertito in ribosio 5P

- Ha una funzione biosintetica per formare acidi nucleici.

- E’ formato spontaneamente dalla formaldeide ed è in grado di auto polimerizzarsi per poi

diventare in forma ciclica.

- Si può legare alle proteine anche senza catalizzatore

- È ricco di gruppi OH e per questo è detta “molecola idrofila” cioè si lega facilmente con

l’acqua.

- Essendo idrofila ha difficoltà ad entrare in molecole idrofobe, per questo si fa aiutare da

trasportatori attivi (proteine trans membrana) che creano porte nella membrana facendo

entrare il glucosio.

Il glucosio entra insieme al Na (sodio) ed esce tramite la pompa ATPGlucosio.

GLICOLISI

La glicolisi è una via metabolica caratterizzata da 10 reazioni concatenate (ovvero il prodotto di



una reazione è il reagente della reazione successiva) ciò che si forma da una reazione è il punto

di partenza per la successiva reazione. Questo viene anche detto pathway.

E’ divisa in 2 fasi. Una prima fase chiamata fase preparatoria (dove si investe energia) e una

seconda fase detta fase di recupero energetico (dove si recupera energia).

La glicolisi, rappresenta la prima tappa della respirazione cellulare ed avviene nel citoplasma.

:

FASE PREPARATORIA

1) REAZIONE 1 (reazione irreversibile): la molecola di glucosio viene fosforilata attraverso l’enzima

esochinasi, portando alla formazione di glucosio-6-fosfato.

Il gruppo -OH del glucosio, in posizione 6, va a legarsi ad un gruppo fosfato dell’ATP costituendo glucosio-6-

fosfato.

Questa reazione è irreversibile in quanto endoergonica, cioè per formare la nuova molecola (glucosio-6-fosfato)

serve energia e viene utilizzata quella derivante dalla rottura di un gruppo fosfato dell’ATP che si trasformerà in

ADP. La rottura di questo legame libera un quantitativo di energia elevato.

Il glucosio, una volta trasformato in glucosio-6-fosfato, non è più in grado di uscire dal citoplasma della cellula

poiché fosforilato. Tutte le molecole fosforilate non possono attraversare la membrana.

→

glucosio + ATP glucosio-6-fosfato + ADP + Pi

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2) REAZIONE 2: (reversibile): il glucosio-6-fosfato, attraverso l’enzima fosfoglucoisomerasi, viene

trasformato in fruttosio-6-fosfato. L’enzima attua un riarrangiamento della struttura del glucosio-6-

fosfato, modificando l’orientamento dei gruppi carbonilici e ossidrilici in C1 e C2. Così facendo, il

glucosio-6-fosfato (aldeide) diventa fruttosio-6-fosfato (chetone). Tale reazione è importante poiché i

cambiamenti di struttura permettono trasformazioni che con la struttura precedente non erano possibili.

→

glucosio-6-fosfato fruttosio-6-fosfato

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3) REAZIONE 3 (irreversibile): l’enzima fosfofruttochinasi, in presenza di ATP, addiziona un secondo

gruppo fosfato (in posizione C1) all’anello di fruttosio-6-fosfato, costituendo fruttosio-1,6-bisfosfato.

+

→

fruttosio-6-fosfato + ATP fruttosio-1,6-bisfosfato + ADP + H

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4) REAZIONE 4 (reversibile): in questa reazione inizia la degradazione della molecola. Il fruttosio-1,6

bisfosfato, tramite l’enzima aldolasi, viene scisso in due molecole diverse tra loro: gliceraldeide-3 fosfato

e diidrossiacetonfosfato. Si passa dunque, da una molecola a 6 atomi di carbonio a due molecole con 3

atomi di carbonio ciascuna.

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5) REAZIONE 5 (reversibile): dal momento in cui seguire due vie metaboliche differenti sarebbe

energeticamente dispendioso, il diidrossiacetonfosfato viene trasforamto in gliceraldeide-3-fosfato

dall’enzima trioso fosfato isomerasi. L’enzima è in grado di prelevare un H+ da un atomo di carbonio,

spostandolo su un altro vicino. Così facendo il trioso passa dalla forma chetonica a quella aldeidica.

→

diidrossiacetonefosfato gliceraldeide-3-fosfato

Alla fine di questo ciclo di cinque reazioni, sono state spese 2 ATP, si sono formate 2 gliceraldeide- -

fosfato e non si è ricavato alcun tipo di energia. Le reazioni del prossimo ciclo, permetteranno alla

cellula di ricavare energia dalla degradazione della gliceraldeide-3-fosfato.

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6) REAZIONE 6 (irreversibile): in questa fase il gruppo aldeidico della gliceraldeide-3- fosfato va a

legarsi con l’enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi, attraverso un legame covalente. In tale reazione

si evidenziano due processi, uno di ossidazione e uno di fosforilazione. Nella prima, il gliceraldeide-3-

fosfato viene ossidato ad acilfosfato (composto ad alta energia), reazione mediata dal coenzima NAD+

che si riduce in NADH. Nella fosforilazione, invece, avviene l’aggiunta di un gruppo fosfato (il fosfato è

presente nell’ambiente di reazione) al C1 (gruppo carbossilico) che porta alla rottura del substrato

comportando la formazione della nuova molecola 1,3- bisfosfoglicerato. Quanto detto avviene per

entrambe le molecole di gliceraldeide-3- fosfato, andando quindi a produrre due molecole di NADH.

→

gliceraldeide-3-fosfato + NAD+ 1,3-bisfosfoglicerato + NADH

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7) REAZIONE 7 (reversibile): l’enzima fosfogliceratochinasi trasferisce il gruppo fosforico dell‘1,3-

bisfosfoglicerato all’ADP, producendo una molecola di ATP e una di 3- fosfoglicerato. Quest’ultima,

assieme alla reazione 6, costituisce un processo di accoppiamento energetico. Sommando i processi di

entrambe, infatti, si ottiene una reazione complessiva esoergonica. In questa fase abbiamo la produzione

di 2 ATP (in quanto sono presenti due molecole di 1,3-bisfosfoglicerato).

→

1,3-bisfosfoglicerato + ADP + Pi 3-fosfoglicerato + ATP

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8) REAZIONE 8 (reversibile): la molecola 3-fosfoglicerato, per mezzo dell’enzima fosfoglicerato mutasi

(catalizza il trasferimento di un gruppo fosfato tra C2 e C3), viene trasformata in 2-fosfoglicerato. Tale

processo è possibile poiché l’enzima inizialmente cede un gruppo fosforico al C2 del 3-fosfoglicerato

generando 2,3 bisfosfoglicerato; allo stesso tempo, il gruppo fosforico sul C3, viene trasferito al sito

dell’enzima determinando la fosforilazione della mutasi e la formazione del 2-fosfoglicerato.

→

3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato

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9) REAZIONE 9 (reversibile): il 2-fosfoglicerato, per mezzo dell’enzima enolasi, viene trasformato in

fosfoenolpiruvato (composto ad alto contenuto energetico). Tale enzima deidrata (elimina una molecola

di H2O) il substrato (2-fosfoglicerato) producendo fosfoenolpiruvato.

→

2-fosfoglicerato fosfoenolpiuruvato + H2O

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10) REAZIONE 10 (reversibile): grazie all’enzima piruvato chinasi, il fosfoenolpiruvato cede il

suo gruppo fosforico all’ADP generando ATP e piruvato. Quest’ultimo, inizialmente si presenta nella sua

forma enolica (enolpiruvato, con un carbonio che forma un doppio legame con il gruppo CH) per poi

trasformarsi, tramite una tautomerizzazione (trasferimento di un protone accompagnato dallo scambio

di un legame covalente singolo con un doppio adiacente) in una forma chetonica (piruvato) più stabile

della prima. Da questa reazione si producono 2 ATP in quanto le molecole che si trasformano in

piruvato sono due. →

fosfoenolpiruvato + ADP piruvato + ATP

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Alla fine di questo secondo ciclo di reazioni, sono state ottenute:

- 4 ATP (reazioni 7 e 10);

- 2 NADH (reazione 6);

- 2 H2O (reazione 9);

- 2 molecole di piruvato (reazione 10).

RESA ENERGETICA GLICOLISI:

- 2 molecole di piruvato;

- 2 ATP (ne vengono prodotte 4 ma 2 vengono utilizzate durante il primo ciclo di reazioni);

- 2 NADH;

- 2 H2O.

Quindi in sintesi:

(Reagente-enzima-prodotto)

1) Glucosio - - glucosio6P

esochinasi

2) Glucosio6P – – fruttosio6P

fosfoesosoisomerasi

3) Fruttosio6P – – fruttosio1,6P

fosfofruttochinasi

4) Fruttosio1,6P – – diidrossiacetoneP + gliceraldeide3p

aldolasi

5) diidrossiacetoneP – – gliceraldeide3p

fosfotriosoisomerasi

6) gliceraldeide3p – – 1,3 difosfoglicerato

gliceraldeide3P deidrogenasi

7) 1,3 difosfoglicerato – – 3 fosfoglicerato

fosfogliceratochinasi

8) 3 fosfoglicerato - – 2 fosfoglicerato

fosfoglicerato mutasi

9) 2 fosfoglicerato – – fosfoenolpiruvato

enolasi

10) Fosfoenolpiruvato – – acido piruvico

piruvato chinasi

REGOLAZIONE GLICOLISI

La glicolisi è regolata dagli ormoni glucagone, insulina e adrenalina. In condizioni anaerobiche la

velocità della glicolisi e la quantità totale di glucosio consumato sono più elevate rispetto alle

condizioni aerobiche. Si producono infatti 2ATP per un glucosio, contro le 32ATP che si

ottengono attraverso la degradazione del glucosio in condizione aerobiche. In assenza di ossigeno

(condizioni anaerobiche), per avere lo stesso rendimento energetico di un processo aerobico,

bisognerà consumare 15 volte in più la quantità di glucosio; di conseguenza anche la velocità con

cui il glucosio verrà ossidato a piruvato (acido piruvico), dovrà aumentare. La regolazione della

velocità della glicolisi si basa su un equilibrato bilanciamento tra:

- consumo di ATP;

- rigenerazione NADH;

- regolazione allosterica di enzimi della glicolisi (meccanismo di regolazione di un enzima che ha il

sito attivo per il legame al suo substrato ed un sito di legame per un altra molecola detta

effettrice. Quando l’effettore si lega all’enzima, ne modifica la conformazione determinando una

maggiore o minore affinità dell’enzima per il suo substrato).

DESTINI DEL PIRUVATO

Il glucosio, tramite la glicolisi si trasforma in piruvato (acido piruvico) che a sua volta può avere 3

destini.

1) (con O ): Si trasforma in Acetyl-CoA ed entra nel ciclo di Krebs (detto anche CAC = Ciclo

2

Acido Citrico);

2) (senza O ): Fermentazione lattica, si trasforma in acido lattico;

2

3) (senza O ): Fermentazione Alcolica, si trasforma in Etanolo.

2

1) FORMAZIONE ACETIL-CoA +

CICLO DI KREBS

1.1) FORMAZIONE ACETIL-CoA

Le due molecole di piruvato prodotte dalla glicolisi, UNA ALLA VOLTA, si diffondono nei

mitocondri, all’interno dei quali avviene tutto il processo di acetilazione che prevede l’ossidazione

irreversibile del piruvato (al quale viene rimosso il gruppo carbossilico C=O, sotto forma di CO2,

grazie a un processo chiamato DECARBOSSILAZIONE) il quale si trasformerà in un gruppo acetile

a 2 atomi di carbonio, l’acido acetico.

L’energia prodotta dall’ossidazione del piruvato (elettroni liberi), viene catturata dal NAD+ che

attraverso un processo di riduzione (DEIDROGENASI), si trasforma in N