Appunti Biochimica - Vincenzini UNIFI

DG°=

La glicolisi avviene nel citoplasma. È un processo esoergonico - 8,44

Kcal/mol. Embden e Meyerhof misero insieme la sequenza di tutte le reazioni

della glicolisi:

il glucosio C H O entra nella glicolisi (10 reazioni) e alla fine si ottengono due

6 12 6

molecole di piruvato a questo punto la strada si biforca:

1- Il piruvato in presenza di ossigeno va a formare 2 molecole di Acetil-CoA

che entra nel ciclo dell’acido citrico dove completa la degradazione a CO 2

e H O

2

2- Il piruvato in assenza di ossigeno va in contro o a fermentazione lattica

o a fermentazione alcolica. La fermentazione alcolica la si ha nelle cellule

di lievito dove si forma etanolo e CO La fermentazione lattica invece

2.

provoca la formazione di 2 molecole di lattato (per esempio ciò avviene

negli eritrociti dove non è presente il mitocondrio). +

Affinché la glicolisi proceda è necessaria la presenza di NAD . Per questo

+

attraverso il ciclo dell’acido citrico il NADH viene ossidato a NAD . Nella

fermentazione lattica mentre il piruvato si riduce a lattato il NADH si ossida a

+

NAD .

Scopi della glicolisi:

Lo scopo della glicolisi è quello di produrre energia (ATP) e metaboliti quali:

* Glicerofosfato: sistema navetta per il trasporto di H nei mitocondri, può

essere utilizzato per la sintesi dei lipidi.

* 2,3-difosfoglicerato: regolatore allosterico negativo dell’emoglobina.

* Glucosio-6-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato: fanno parte della via dei

pentoso fosfati.

Altro scopo della glicolisi è formare acido piruvico il quale è un precursore di

aa, acido lattico, ossalacetato e Acetil-CoA; l’acetil-coA è precursore dei lipidi

e può essere degradato dal ciclo di Krebs.

Effetto Pasteur:

La glicolisi è regolata dalla concentrazione di ossigeno. In presenza di O la

2

glicolisi rallenta. In assenza di esso viene accelerata. Gli enzimi responsabili

vengono attivati.

1°Reazione: consumo di ATP:

DG°<0.

Irreversibile Questa prima reazione consiste nella fosforilazione del

glucosio a glucosio-6-fosfato. Tale reazione è un primo punto di controllo. La

reazione è catalizzata dall’esocinasi.

2° Reazione:

L’enzima in gioco è la fosfoglucoisomerasi. Il glucosio-6-fosfato è trasformato

in fruttosio-6-fosfato. Reazione prossima all’equilibrio e anche reversibile.

3° Reazione: Consumo di 1 ATP: (fosforilazione)

Porta alla formazione del futtosio-1,6-bisfosfato. L’enzima è la

fosfofruttochinasi 1. Il fruttosio-1,6-bifosfato è scisso in diidrossiacetonfosfato

e gliceraldeide-3P che sono due triosi fosforilati. Il didrossiacetone viene

convertito da un isomerasi a gliceraldeide-3P. L’enzima è l’aldolasi.

Questa tappa è la più lenta perché l’enzima ha un basso potere catalitico, non

è sensibile alle variazioni di concentrazione del fruttosio-6P, enzima

cataliticamente poco attivo. Tale enzima può essere bloccato da effettori

allosterici negativi ed è attivato da effettori allosterici positivi. Tale tappa

determina la velocità della glicolisi.

La gliceraldeide-3P viene ossidata, in una reazione reversibile, ad opera della

gliceraldeide-3-fosfodeidrogenasi. L’energia prodotta è accumulata nel NADH

e nel prodotto: 1,3-difosfoglicerato (presenta un legame fosforico a elevato

contenuto energetico). Il fosfato in posizione 1 è trasferito all’ADP per formare

ATP ad opera della fosfogliceratochinasi. Tale reazione è una fosforilazione a

livello del fosfato. Reazione reversibile. La fosfogliceratomutasi trasferisce il

fosfato dalla posizione 3 alla posizione 2 formando 2 fosfoglicerato che è

trasformato dall’enolasi in fosfoenolpiruvato attraverso l’eliminazione di 1

molecola di H O . (reazione reversibile). Il legame fosforico è a elevato

2 2

contenuto energetico (superiore a quelli di ATP). Ad opera della piruvato

chinasi il fosfato viene ceduto all’ADP per formare ATP e piruvato (reazione

irreversibile).

4° Reazione:

azima aldolasi

Scissione aldolica del legame C-C (carbonio 3 e 4). Il diidrossiacetonfosfato e

la gliceraldeide-3P sono isomeri. Il C3 è ridotto (si prende H legato a C4) A

livello del C4 si forma un gruppo aldeidico(ossidazione) a partire dal gruppo

chetonico.

5° Reazione:

isomerizzazione, enzima Trioso-fosfatoisomerasi

Il diidrossiacetonfosfato è trasformato in gliceraldeide-3P.

6° Reazione:

ossidazione e fosforilazione, enzima: gliceraldeide-3P deidrogenasi

+ -

meccanismo: Il NAD si lega all’enzima. A livello dell’enzima è presente uno S

-

della cisteina (nucleofilo) che attacca il C (del C=O). S si lega al C della

,

gliceraldeide-3P si forma tioemiacetale, composto a elevato contenuto

- +

energetico. Si stacca lo ione ioduro H che riduce il NAD formando NADH. Tra

-

O e C si forma un doppio legame in seguito alla perdita di H . si forma un

legame di tioestere a elevato contenuto energetico. Il NADH si stacca dal sito

+

catalitico lasciando il posto al NAD . L’ossigeno del Pi determina un attacco

nucleofilo al C del tioestere, si ha la scissione del legame di tioestere (reazione

endoergonica).

7°Reazione:

enzima: 3-fosfogliceratocinasi (GAPDH) L’arseniato può

interferire con la

glicolisi essendo

substrato della

gliceraldeide-3-fosfato

deidrogenasi. Al posto

del fosfato ciò determina la formazione dell’1-arseno-3-fosfoglicerato.

8°Reazione:

enzima: Fosfoglicerato Mutasi

Il guadagno di ATP nelle prime 7 tappe della glicolisi è stato zero. Infatti, nelle

tappe 1 e 3 si sono consumati 2 ATP e nella tappa numero 7 si sono guadagnati 2

ATP. Nelle tre tappe che restano per concludere il processo è indispensabile

produrre altri ATP altrimenti tutta la glicolisi perderebbe di significato.

La fosfoglicerato mutasi realizza la prima delle trasformazioni necessarie per

produrre ATP: sposta il fosfato dalla fine della molecola (sul carbonio 3) al centro

sul carbonio 2. )

9°Reazione:

enzima: Enolasi

Nella tappa 9 della glicolisi, l'enzima enolasi disidrata l'acido 2-fosfoglicerico per

formare l'acido fosfoenolpiruvico. Questo è un enolo, una molecola instabile che

nella tappa 10 verrà trasformato in un chetone, più stabile, cedendo il fosfato per

formare ATP. Il compito dell'enzima enolasi è relativamente semplice, infatti

l'eliminazione di una molecola di acqua dall'acido 2-fosfoglicerico, forma un nuovo

doppio legame in posizione coniugata con il carbossile della molecola.

10°Reazione

enzima:PiruvatoChinasi

Nell'ultima tappa della glicolisi, la cellula finalmente è pronta a realizzare un

guadagno netto nella produzione di ATP. L'enzima piruvato chinasi rimuove il gruppo

fosfato rimasto sull'acido fosfoenolpiruvico e lo trasferisce all'ADP formando 2

molecole di ATP. L'energia per la sintesi di ATP viene dalla reazione che trasforma

l'enolo instabile dell'acido fosfoenolpiruvico, nel corrispondente chetone stabile

formando così l'acido piruvico. Come abbiamo visto in precedenza, l'acido piruvuco

è il prodotto finale della glicolisi e può subire due destini diversi: o viene bruciato

completamente con O formando acqua e CO nella respirazione cellulare aerobica,

2 2

o viene convertito in molecole di scarto come alcol o acido lattico nelle fermentazioni

anaerobiche.

La reazione finale della glicolisi è regolata dall'enzima piruvato chinasi, questo

assicura che l'ATP venga sintetizzato solamente quando ce n'è bisogno. Come

l'emoglobina, questo enzima viene attivato progressivamente all'aumentare dei livelli

del suo materiale di partenza. È attivato anche dalla presenza di zuccheri fosforilati

che indicano che molte materie prime sono disponibili. Al contrario, è inibito da

molecole che sono abbondanti quando la cellula ha abbastanza energia, come ATP

e amminoacidi. La piruvato chinasi è un enzima allosterico che sente i livelli di tutte

queste molecole e cambia forma a seconda del risultato.

Lezione 22

martedì 9 maggio 2017

La glicolisi può avvenire in assenza di ossigeno, si forma il Piruvato ma il NADH

non può essere riossidato nella catena respiratoria e quindi avviene una

reazione grazie alla lattico deidrogenasi.

LDH5 ha 4 subunità M ed è un isoenzima con bassa Km con il piruvato, quella

bassa della lattico deidrogenasi favorisce la trasformazione da piruvato a

lattato.

Questo lattato, prodotto nel muscolo per la riduzione del piruvato, va in circolo

e viene captato dagli alti tessuti come il cuore dove c'è un isoenzima con bassa

Km per il lattato; ciò avviene anche a livello epatico dove viene ritrasformato in

piruvato.

La glicolisi anaerobica: quando dal sistema circolatorio non arriva sufficiente

ossigeno in seguito ad un intensa attività muscolare avviene questo tipo di

glicolisi. Si consuma tanto glucosio grazie alla trasformazione di piruvato in

lattato e il NADH si riossida in NAD formando 2 molecole di ATP, meno della

glicolisi aerobica. Si forma anche molto lattato per fornire NAD alla glicolisi.

Si parla di fermentazione lattica perché si produce lattato da piruvato, dato che

si consuma notevole quantità di glucosio se non ci fosse rifornimento

dall’esterno con gli alimenti si inizia a degradare il glicogeno. Anche gli

eritrociti, senza mitocondri e quindi on possono riossidare il NADH con la

catena respiratoria, Il NAD che mi da ATP viene ottenuto riducendo il piruvato

a lattato. Anche le cellule tumorali di tumori solidi consumano glucosio con

processi metabolici molto celebrati, viene a mancare l'ossigeno sufficiente per

riossidare tutto il NADH che si produce in seguito ai processi catabolismi e

quindi si ha la glicolisi anaerobica.

Circolo di Cori: a livello del ì muscolo la degradazione del glucosio mi da il

lattato che va nel sangue e poi nel fegato dove con la lattico deidrogenasi si

trasforma in piruvato che poi viene usato dal fegato per risintetizzare glucosio

che va in circolo e tornare al muscolo.

Gli altri tessuti extraepatici captano il lattato, lo trasformano in piruvato e

ottenere energia da questo. La risintesi di glucosio da piruvato avviene solo nel

fegato

REGOLAZIONE GLICOLISI

Ci sono diverse sostanze che sono effettori allosterici che regolano gli enzimi

regolatori della glicolisi quali:

ATP: rifornisce di ATP (la glicolisi) alti livelli di ATP inibiscono la glicolisi

• come anche alti livelli di cribrato

Citrato: sta a indicare che il ciclo di rebus risulta bloccato. È il prodotto

• della prima