Appunti di Biochimica - Prof Pinotti

GLICOLISI

Il glucosio (6C) viene scisso in 2 molecole a 3C: PIRUVATO CH3-CO-COOH (detto anche

acido piruvico o acido ossopropanoico).

La glicolisi è una sequenza di reazioni che avvengono nel citoplasma in anaerobiosi. Tali

reazioni sono 10: le prime 5 endoergoniche (fase preparatoria), le ultime 5 esoergoniche

(fase di recupero)

LE 10 TAPPE DELLA GLICOLISI

Fase preparatoria (-2ATP)

1) FOSFORILAZIONE DEL GLUCOSIO

-reazione di attivazione del glucosio attraverso aggiunta di un gruppo fosfato sul

carbonio C6 per ottenere glucosio-6-fosfato.

-il donatore di P è l’ATP, per questo la reazione è irreversibile.

-La reazione è catalizzata da esochinasi (nei tessuti extraepatici, mentre nel fegato

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abbiamo la glucochinasi) che come altre chinasi necessita di Mg2+ per svolgere la

propria attività catalitica.

2) ISOMERIZZAZIONE: CONVERSIONE G6P->F6P

-L’enzima fosfoesoso-isomerasi (Mg2+) catalizza la reazione di isomerizzazione che

porta alla conversione di glucosio-6-fosfato (chetoso) in fruttosio-6-fosfato (aldoso).

-questa fase non necessita di ATP, il deltaG è prossimo allo 0->reazione reversibile.

3) FOSFORILAZIONE DEL F6P->FRUTTOSIO-1,6-BISFOSFATO (TAPPA A COMANDO)

-è definita tappa a comando perché sancisce il definitivo ingresso del glucosio nel ciclo

-la reazione è catalizzata dall’enzima fosfofruttochinasi-1 porta alla formazione di

fruttosio-1,6-bisfosfato.

-l’attività di tale enzima è soggetta a regolazione: la sua attività aumenta quando

diminuisce la concentrazione di ATP o quando diminuiscono quelle di AMP o ADP.

-reazione irreversibile

4) SCISSIONE DI FRUTTOSIO-1,6-BISFOSFATO

-l’enzima aldolasi scinde il fruttosio 1,6-bisfosfato in:

a. diidrossiacetone fosfato (96%)

b. gliceraldeide-3-fosfato (4%)

-è la tappa litica che da il nome alla glicolisi

-sono due isomeri che possono essere interconvertiti uno nell’altro. L’equilibrio è

spostato verso il primo (a) che però non è quello che prosegue la via gli colitica.

-reazione reversibile

5) INTERCONVERSIONE DEI TRIOSO FOSFATO

-solo la gliceraldeide-3-fosfato può proseguire la glicolisi, pertanto il diidrossi

acetonfosfato viene interconvertito dalla trioso-fosfato-isomerasi.

-reazione di ossidazione favorita (deltaG=-50)

-reversibile

Inizio fase di recupero

6) OSSIDAZIONE E FOSFORILAZIONE GLICERALDEIDE 3-FOSFATO

-questa tappa è la somma di due reazioni:

a. ossidazione dell’aldeide ad acido carbossilico, accompagnata da riduzione di NAD+ a

NADH+H+ (favorita, deltaG=-50)

b.fosforilazione dell’acido carbossilico per ottenere il prodotto finale: 1,3-

bisfosfoglicerato tramite enzima gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi.

-l’ultima reazione è sfavorita e non avverrebbe mai se non fosse combinata alla prima

-reazione reversibile

-poiché la concentrazione di NAD+ è maggiore del glucosio che entra (inoltre siamo in

anaerobiosi e l’ossidazione da NADH a NAD+ accelera) ad un certo punto la glicolisi si

arresta se non viene continuamente ripristinato NADH mediante la fermentazione o

respirazione cellulare.

7) SINTESI DI ATP

-1,3bisfosfoglicerato tende a perdere il gruppo fosfato. L’enzima fosfoglicerato

chinasi trasferisce all’ADP il gruppo fosfato per ottenere ATP e 3-fosfoglicerato.

-la reazione è detta fosforilazione a livello del substrato perché il donatore di P è

substrato della chinasi. 55

-in questa fase si recupera il dispendio di energia poiché questa reazione produce due

ATP per ogni molecola di glucosio.

-reversibile

8) CONVERSIONE DEL 3-PG

-l’enzima fosfoglicerato mutasi catalizza lo spostamento del gruppo fosfato dalla

posizione C3 alla C2 con produzione di 2-fosfoglicerato.

-reversibile

9) DEIDRATAZIONE 2-FOSFOGLICERATO

-reazione catalizzata da enolasi che alla rimozione di una molecola d’H2O e alla

formazione di un doppio legame tra C2 e C3

-prodotto: fosfoenolpiruvato (PEP)

-composto instabile che tende a perdere un gruppo P

-reversibile

10) FORMAZIONE DI PIRUVATO E ATP

-la piruvato chinasi trasferisce il gruppo fosfato sull’ADP attraverso una seconda

reazione a livello del substrato

-i prodotti sono piruvato e ATP

-i due ATP prodotti rappresentano il guadagno energetico della glicolisi

DESTINI DEL PIRUVATO

In AEROBIOSI: Il piruvato viene convertito in acetil-coA carburante del ciclo di Krebs

In ANAEROBIOSI:

-FERMENTAZIONI LATTICA: produzione di lattato che si ionizza e si trasforma in acido

lattico, aumenta il pH, sofferenza muscolare. Il lattato viene poi portato al fegato,

riconvertito in piruvato e poi in glucosio rimesso in circolo. Questo si chiama CICLO DI CORI.

-FERMENTAZIONE ALCOLICA: prevede due step

-piruvato decarbossilato, si genera gliceraldeide poi ridotta a etanolo

-etanolo convertito ad acetaldeide

GLUCONEOGENESI

Nel nostro organismo alcuni tessuti dipendono quasi completamente dal glucosio per il

rifornimento di energia. Nel caso del cervello il fabbisogno giornaliero è di 120g , la maggior

parte dei 160g richiesti dall’intero organismo. Non sempre la quantità di zucchero fornita

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dal cibo è sufficiente a coprire questo fabbisogno.

La glucloneogenesi è un processo che produce glucosio a partire da

lattato/piruvato/ossalacetato o qualunque composto che possa essere convertito in uno di

questi precursori. Si verifica in tutti gli organismi: nei mammiferi si verifica nel citoplasma

delle cellule del fegato, dei reni e dell’intestino tenue e fornisce energia per il cervello, i

muscoli ed eritrociti.

Anche se condividono diverse tappe, glicolisi e gluconeogenesi non sono identiche percorse

in direzioni opposte:

-7 delle 10 reazioni della glicolisi sono reversibili e quindi percorse a ritroso dalla

gluconeogenesi attraverso gli stessi enzimi;

-3 delle 10 sono irreversibili e quindi percorse all’indietro dalla gluconeogenesi attraverso

enzimi diversi.

1° deviazione: conversione del piruvato in fosfoenolpiruvato (PEP). Non può

avvenire per semplice inversione delle reazione della piruvato chinasi. La fosforilazione

del piruvato negli eucarioti necessita di enzimi citosolici e mitocondriali.

Via predominante quando piruvato o alanina sono i precursori gluconeogenici:

a. Il piruvato viene trasferito nel citosol mitocondriale oppure viene generato

direttamente all’interno del mitocondrio dall’alanina per transamminazione;

b. All’interno del mitocondrio il piruvato viene trasformato in ossalacetato dall’enzima

piruvato carbossilasi che richiede il coenzima biotina come trasportatore di

bicarbonato attivo. Richiede inoltre acetil-CoA come accettore allosterico positivo.

c. Poiché la membrana non ha trasportatori per l’ossalacetato, prima di uscire deve

essere trasformato in malato dalla malato deidrogenasi.

d. Il malato viene trasportato all’esterno tramite un trasportatore specifico localizzato

sulla membrana mitocondriale interna e una volta fuori viene riossidato a

ossalacetato con produzione di NADH.

e. L’ossalacetato è infine convertito in PEP da PEP carbossichinasi. Questa reazione

necessita di GTP.

2°deviazione: conversione fruttosio 1,6-bisfosfato in fruttosio 6-fosfato: questa

reazione nella gluconeogenesi è catalizzata da fruttosio 1,6-bisfosfatasi (FBPasi1) che

promuove l’idrolisi irreversibile del gruppo fosfato sul carbonio C1 (e non il trasferimento

del gruppo fosforico allADP).

3° deviazione: conversione del glucosio 6-fosfato in glucosio: reazione catalizzata

dalla glucosio 6-fosfatasi che promuove l’idrolisi di un estere fosforico e non il

trasferimento del gruppo fosfato sull’ADP con formazione di ATP. Questo enzima è presente

nel lume del reticolo endoplasmatico delle cellule del fegato, dei reni e dell’intestino tenue.

La formazione di una molecola di glucosio dal piruvato richiede 4 ATP, 2 GTP 2

 NADH, quindi la gluconeogenesi richiede energia.

Glicolisi e gluconeogenesi sono due processi regolati: se procedessero simultaneamente

con la stessa velocità si avrebbe solo produzione di calore.

REGOLAZIONE COORDINATA GLICOLISI E GLUCONEOGENESI

Meccanismo ormonale:

 -INSULINA: abbassa la glicemia aumentando l’utilizzo di glucosio;

-GLUCAGONE: alza la glicemia. Quando la glicemia si abbassa agisce

sull’epatocita bonilitando il glucosio dal glicogeno.

A livello del fegato. 57

Meccanismo allosterico: fosfofruttochinasi 1 (glicolisi) – fruttosio 1,6-

 bisfosfatasi (gluconeogenesi). Fanno parte di un enzima allosterico bi

funzionale avente due domini. Tali domini vengono attivati/inibiti dalla

fruttosio2,6bisfosfato. La fosfofruttochinasi2 fa produrre

fruttosio2,6bisfosfato ->promuove la funzione chinasica della proteina

allosterica (PFchinasi1)->attiva la glicolisi->inibisce la gluconeogenesi.

Inoltre ad alti livelli di ATP la fosfofruttochinasi 1 ha Km bassissima->funziona

poco->inibisco glicolisi.

GLICEMIA BASSA: rilascio glucagone, attivazione ADENILATIO CICLASI, alza i livelli di

AMP CICLICO che attiva la PKA (proteina chinasi A). L’enzima bi funzionale promuove la

fosforilazione e quindi utilizza fosfatasi->calano i valori di fruttosio2,6bisfosfato =>

inibita la glicolisi e favorita gluconeogenesi. In questo modo nel fegato aumenta il glucosio

e verrà messo in circolo attraverso il GLUT.

GLICEMIA ALTA: rilascio di insulina, recettori tirosin-chinasici, attivazione proteina

fosfatasi1->l’enzima bi funzionale viene defosforilato->cambia conformazione e viene

attivata l’attività chinasica->i livelli di fruttosio 2,6-bisfosfato aumentano->potenziamento

fosfofruttochinasi1->si attiva la glicolisi per immagazzinare il glucosio sottoforma di

glicogeno.

METABOLISMO DEL GLICOGENO NEGLI ANIMALI

GLICOGENOLISI

Il glicogeno è un omopolimero di alfa-D-glucosio ramificato formato da legami alfa-1,4 e

alfa-1,6 che causano le ramificazioni. È la principale riserva di energia degli animali ed è

accumulato nei muscoli scheletrici (1/2%) e nel fegato.

NEL MUSCOLO:il glucosio serve come fonte di energia immediata per la contrazione. Per

questo la reazione non è di idrolisi: infatti questa reazione porterebbe a produrre

direttamente glucosio che in una condizione di ipoglicemia andrebbe subito in circolo. La

reazione è una fosforilazione: un fosfato inorganico reagisce con il carbonio anomerico per

formare glucosio1P che non esce dalla cellula ed entra direttamente nella via glicolitica

come GP6. Questa reazione è catalizzata dalla glicogeno fosforilasi che però non è in

grado di rimuovere le ramificazioni in alfa-1,6. Per questo intervengono gli enzimi

deramificanti. Tale enzima ha una doppia funzione: trasferisce la ramificazione