Biochimica 1

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.

DESTINO DEL PIRUVATO.

Il piruvato che si forma dalla glicolisi viene metabolizzato ulteriormente attraverso una di 3 vie

cataboliche.

-In PRESENZA di ossigeno RESPIRAZIONE CELLULARE (susseguirsi di processi quali: glicolisi,

→

piruvato deidrogenasi, ciclo di krebs, catena di trasporto degli elettroni);

- in ASSENZA di ossigeno FERMENTAZIONE LATTICA (durante la contrazione muscolare) In

→

entrambi i processi avviene il riciclo del NADH, il quale viene ossidato ritornando ad essere

NAD+ disponibile per un nuovo ciclo della glicolisi. Per

fermentazione s’intende ogni processo in cui viene estratta energia senza consumo di ossigeno

e in questo caso anche senza variazione della concentrazione del NAD e del NADH.

FERMENTAZIONE LATTICA: In esercizi intensi ma di breve durata, il sistema circolatorio

dell’uomo non è in grado di sostenere il metabolismo aerobico, cioè non viene portato nelle

cellule muscolari ossigeno sufficiente per ossidare il piruvato e ottenere il quantitativo di

energia richiesto. Le cellule del nostro corpo affrontano questa situazione producendo energia

in assenza di ossigeno, questo processo si chiama fermentazione (attraverso questo

meccanismo di produce una potenza cinque volte superiore a quella prodotta con il

meccanismo aerobico). Questo processo può però funzionare per un periodo di tempo molto

limitato. Il piruvato prodotto dalla glicolisi viene ridotto in lattato (il piruvato accetta elettroni),

di conseguenza il NADH si ossida tornando alla forma NAD+ (cede elettroni), il tutto catalizzato

dall’enzima lattato deidrogenasi. 2 piruvato + 2 NADH 2 lattato + 2 NAD+

→

Il lattato prodotto dal processo di fermentazione conseguente ad un’attività muscolare intensa,

può essere riciclato: esso viene trasportato dal torrente circolatorio, fino al fegato nel quale

viene convertito, durante la fase di recupero, in glucosio; il tutto attraverso un processo

denominato gluconeogenesi epatica. Quando il lattato viene prodotto in grandi quantità, si ha

la diminuzione del pH ematico limitando la capacità funzionale del muscolo (eventuali crampi).

In condizioni normali, la quantità di acido lattico nel sangue è costante in qualsiasi persona e

corrisponde per tutti a 1mMol, in quanto il piruvato viene metabolizzato mediante la via

aerobica. La

terza via del catabolismo del piruvato:

FERMENTAZIONE ALCOLICA

Nel lievito si ha la conversione del piruvato in etanolo e CO2 (è ciò che fa lievitare il pane). La

produzione di questi due si ha mediante due reazioni consecutive:

1.decarbossilazione del piruvato da parte della piruvato decarbossilasi a formare un

intermedio, l’acetaldeide, liberando CO2;

2.la riduzione dell’acetaldeide in etanolo da parte del NADH. Reazione catalizzata dall’alcol

deidrogenasi che rigenera NAD+.

La TPP è un cofattore essenziale della piruvato decarbossilasi che stabilizza l’accumulo di

carica negativa e si comporta da trappola per gli elettroni.

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).

CARBURANTI METABOLICI

Oltre al glucosio, ci sono altri importanti carburanti metabolici, tra cui il fruttosio, galattosio e

mannosio. Dopo la digestione essi entrano nel circolo sanguigno, che li trasporta ai vari tessuti

dove vengono trasformati in intermedi della glicolisi. Il fruttosio presente in forma libera nella

frutta o prodotto dal saccarosio per idrolisi nell’intestino tenue, viene fosforilato dall’enzima

esochinasi: Fruttosio + ATP Fruttosio 6 – fosfato + ADP .

→

Nel muscolo e nei reni è la via principale di entrata del fruttosio nella glicolisi. Nel fegato il

fruttosio segue un'altra via: l’enzima fosfofruttochinasi si catalizza la fosforilazione del

fruttosio:Fruttosio + ATP Fruttosio 1 – fosfato + ADP

→

Il fruttosio 1 – fosfato viene diviso in gliceraldeide e diidrossiacetone fosfato dall’enzima

fruttosio 1 – fosfato aldolasi. Il diidrossiacetone fosfato viene convertito in gliceraldeide 3 –

fosfato dall’enzima glicolitico trioso fosfato isomerasi. La gliceraldeide viene fosforilato dalla

trioso chinasi a gliceraldeide 3 – fosfato a spese dell’ATP:

Gliceraldeide + ATP Gliceraldeide 3 – fosfato + ADP

→

I due prodotti dell’idrolisi del fruttosio 1 – fosfato entrano nella via glicolitica come gliceraldeide

3 – fosfato. Il galattosio ottenuto dall’idrolisi del lattosio, passa dall’intestino al sangue e infine

al fegato dove viene fosforilato dall’enzima galattochinasi a spese dell’ATP: Galattosio + ATP

Galattosio 1 – fosfato + ADP Il galattosio 1 –

→

fosfato viene convertito in glucosio 1 – fosfato da una serie di reazione con l’uridina difosfato

UDP che viene usato come coenzima trasportatore delle molecole di esosio. Il mannosio viene

liberato a seguito delle digestioni di vari polisaccaridi e glicoproteine della dieta, può essere

fosforilato dall’enzima esochinasi: Mannosio + ATP

Mannosio 6 – fosfato + ADP Il

→

mannosio 6 – fosfato viene poi isomerato dall’enzima fosfomannosio isomerasi in fruttosio 6 –

fosfato, un intermedio della glicolisi.

La fosfofruttochinasi è il principale enzima che controlla il flusso della glicolisi nel muscolo.

Studi sugli enzimi esochinasi, fosfofruttochinasi e sulla piruvato chinasi indicano che l’attività di

questi enzimi è controllata da numerosi composti. Tuttavia quando la fonte di glucosio 6 –

fosfato per la glicolisi è il glicogeno e non il glucosio, come spesso accade nel muscolo

scheletrico, la reazione dell’esochinasi non è indispensabile. La piruvato chinasi catalizza

l’ultima reazione della glicolisi ed è quindi improbabile che sia il principale punto di regolazione.

Perciò risulta evidente che la fosfofruttochinasi (PFK) costituisce nel muscolo un punto di

controllo principale della glicolisi nella maggior parte delle condizioni metaboliche. La PFK è un

enzima caratterizzato da due strati conformazionali, R e T, che sono in equilibrio tra loro. L’ATP

si comporta sia da substrato sia da inibitore allosterico. L’AMP e il fruttosio 2,6 bifosfato (F2,6P),

sono considerati come attivatori della PFK andando a contrastare gli effetti inibitori dell’ATP.

Ogni sub unità della PFK ha due siti di legame per l’ATP: 1. il primo è composto da due ulteriori

siti: un sito del substrato che lega l’ATP sia in conformazione R che T; l’altro sito che lega

l’inibitore legando l’ATP solo alla conformazione T 2. il secondo è la fruttosio 6 – fosfato che

lega preferibilmente l’ATP allo stato R. Perciò

quando abbiamo alte concentrazioni, l’ATP si comporta come un inibitore allosterico della PFK

legandosi allo stato T che ha una minor affinità per il fruttosio 6 – fosfato. L’inibizione della

PFK da parte dell’ATP può essere rimossa dall’AMP.

PRODURRE ENERGIA DA ALTRI CARBOIDRATI

Tutti gli zuccheri diversi dal glucosio vengono trasformati tramite opportune vie metaboliche in

glucosio:

-LATTOSIO: disaccaride presente nel latte, costituito da α-glucosio e β-galattosio. Glucosio e

galattosio sono epimeri (molecole che hanno più centri chirali, ma che differiscono l’una

dall’altra per uno solo di questi centri) che hanno stesso peso molecolare ma diversa struttura.

L’esochinasi (enzima della prima reazione glicolitica) non riconoscendo il galattosio, non

permette l’attivazione della glicolisi. Serve quindi uno specifico enzima, il galattochinasi, che

in presenza di ATP trasforma il galattosio in galattosio-1-fosfato. galattosio + ATP galattosio-

→

1-fosfato + ADP A questo

punto il galattosio-1-fosfato viene convertito nel suo epimero, il glucosio-1fosfato. Ciò è

permesso grazie all’utilizzo di un coenzima trasportatore di glucosio, l’UDPglucosio (uridil di-

fosfato), legandosi al galattosio, produce UDP-galattosio più glucosio-1-fosfato. galattosio-1-

fosfato + UDP-glucosio UDP-galattosio + glucosio-1-fosfato

→

A questo punto si ha una modificazione di struttura (epimerizzazione) ad opera

dell’UDPgalattoso 4-epimerasi e del coenzima NAD+.

L’UDP-galattosio prodotto nella precedente reazione, viene convertito in UDP-glucosio e potrà

così entrare nel metabolismo. Quest’ultimo, ad opera della fosfoglucomutasi, viene trasformato

in glucosio-6-fosfato per poter entrare nella glicolisi (prima reazione della glicolisi). La

mancanza di uno di questi enzimi che permettono la scissione del galattosio, è causa nell’uomo

di un disordine metabolico chiamato galattosemia. I soggetti affetti svilupperanno la cataratta

già dall’infanzia, ciò a causa del deposito del metabolita del galattosio, il galattiolo, che se non

riconosciuto in tempo può portare alla cecità.

-SACCAROSIO: formato da α-glucosio e da β-fruttosio. Il fruttosio può essere utilizzato

direttamente dall’esochinasi (enzima della prima reazione glicolitica) per ottenere

successivamente il fruttosio-6-fosfato.

LA GLUCONEOGENESI

Non sempre la quantità di glucosio fornito da queste riserve è sufficiente al fabbisogno

dell’organismo. In queste occasioni per gli organismi è necessario un modo per sintetizzare il

glucosio da precursori non gluicidici. La formazione di glucosio da precursori non glucidici è