Biochimica

BILANCIO ENERGETICO ALLA FINE DELLA GLICOLISI:

La reazione complessiva della glicolisi (dai reagenti iniziali ai prodotti finali è:

Quindi:

LOGICA DELLA GLICOLISI:

La glicolisi compie questa serie di reazioni non a caso, ognuna avviene in un determinato modo per un motivo specifico.

1. Prima tappa: dalla tappa successiva a questa in poi, tutti gli intermedi saranno fosforillati; questo impedisce alle molecole di uscire

dalla cellula, le quali, in quanto cariche, non possono attraversare spontaneamente la membrana.

2. Terza tappa: è una fosfofruttochinasi. Questa reazione fa in modo di creare una molecola quasi completamente simmetrica, in modo

da originare successivamente due molecole uguali, che attraverso le tappe successive portano allo stesso prodotto (i 2 piruvati)

utilizzando i medesimi enzimi.

3. Le reazioni che avvengono nella prima parte della glicolisi permettono di attivare il glucosio, che è in questo modo pronto alle

reazioni successive.

4. La gliceraldeide-3-fosfato permette, alla sesta tappa, di produrre NADH.

FERMENTAZIONE LATTICA ED ALCOLICA:

Come già accennato è importante distinguere gli organismi aerobi, che vivono in presenza di ossigeno, dagli organismi anaerobi, i

quali vivono invece in assenza di oossigeno.

La glicolisi avviene in assenza di ossigeno, dunque può avvenire in entrambe le tipologie di organismi; le fasi successive dipendono

invece dalla presenza/assenza di ossigeno nell’organismo.

Negli organismi aerobi, il piruvato viene ossidato ad acetil CoA, il quale viene poi ossidato completamente attraverso il ciclo di Krebs

formando 3CO2+4H2O (questo sarà visto successivamente).

Negli organismi anaerobi, è necessario un processo attraverso il quale rigenerare il NAD+ (in modo che la glicolisi sia utile): si parla di

fermentazione lattica o alcolica.

Fermentazione lattica:

La fermentazione lattica avviene in un’unica reazione attraverso la quale il piruvato viene ridotto a lattato ed il NADH viene ossidato

a NAD+ (vengono ceduti due protoni al piruvato: 1 del NADH ed uno preso dall’ambiente).

La reazione ha una bassa resa energetica, in quanto il lattato per essere riciclato deve essere trasportato fino al fegato.

Esempi:

• La fermentazione lattica può avvenire nei muscoli sotto sforzo, in modo tale da rigenerare rapidamente il NAD+ per far continuare la

glicolisi anche con una carenza di ossigeno nei polmoni.

• Nei batteri lattici il lattato permette di abbassare il pH e facilita la coagulazione del latte.

Fermentazione alcolica:

La reazione di fermentazione alcolica è una reazione che avviene in 2 passaggi, tramite la formazione di un intermedio: acetaldeide,

che viene successivamente trasformato in etanolo.

Meccanismo:

La reazione piruvato—>acetaldeide è detta piruvato carbossilasi, ed avviene eliminando dal piruvato il gruppo carbossilico sotto

forma di anidride carbonica.

La reazione è catalizzata da un cofattore chiamato tiamina pirofosfato (TPP). Il TPP è costituito da un anello tiazolico che è la parte

reattiva dell’enzima in quanto il protone presente sul carbonio C2 si stacca facilmente lasciando C- (che però viene facilmente

stabilizzato dalla carica positiva presente su N):

Una volta formato il carbanione, l’anello si può legare covalentemente al carbonio C2 del piruvato:

Il legame carbonio-carbonio del piruvato è un legame stabile, ma viene rotto in quanto il carbanione che viene a formarsi è

stabilizzato per risonanza dalla presenza dell’anello:

Metabolismo dell’etanolo nel corpo umano:

L’etanolo è molto volatile, quindi viene facilmente assorbito dalle mucose dell’organismo anche il suo vapore, per questo motivo

viene assorbito molto rapidamente ed in maniera intensa.

L’etanolo viene assorbito grazie all’alcol deidrogenasi, attraverso il quale viene trasformato in acetaldeide per poi, attraverso una

reazione successiva che ossida l’acetaldeide (grazie all’acetaldeide deidrogenasi) ad acetato, essere utilizzato come fonte di energia

per il metabolismo:

La prima reazione ossida l’etanolo ad acetaldeide e riduce una molecola di NAD+ a NADH, la seconda reazione ossida l’acetaldeide e

riduce una seconda molecola di NAD+ a NADH:

Il problema è che l’alcol deidrogenasi è situato nel citosol, mentre l’acetaldeide deidrogenasi si trova sulle membrane dei mitocondri,

l’acetaldeide (tossica) nel tragitto citosol—>mitocondri potrebbe legarsi ad alcune molecole della cellula inattivandole.

Inoltre l’organismo umano da risposte differenti all’assunzione di alcolici in base a quanto la deidrogenasi è efficiente.

ALTRE VIE DI ALIMENTAZIONE DELLA GLICOLISI:

Attraverso la glicolisi, possono essere trasformati in piruvato molti altri zuccheri oltre al glucosio. Tra questi zuccheri ci sono

glicogeno, fruttosio, galattosio.

Glicogeno: il glicogeno è un polimero del glucosio, formato da più molecole di glucosio tenute insieme da legami α-1,4. Il glicogeno

viene quindi suddiviso, grazie alla glicogeno fosforillasi, in singole molecole di glucosio che possono essere utilizzate per iniziare la

glicolisi.

Come lavora la glicogeno fosforillasi: questo enzima attacca l’estremità non riducente del glicogeno (quella con il carbonio C4 libero),

e lo stacca dal resto della molecola di glicogeno attaccando all’ossigeno del carbonio C1 un gruppo fosfato, staccando una molecola

di glucosio:

Successivamente a questa reazione si ottiene una molecola di glucosio-1-fosfato, un successivo enzima permette il trasferimento del

gruppo fosfato sul carbonio C6 del glucosio. La molecola ottenuta, il glucosio-6-fosfato è esattamente la molecola che si ottiene dopo

la prima tappa della glicolisi, quindi la glicolisi può iniziare da quel punto.

Se il glicogeno presenta ramificazioni, come mostrato in figura, interviene un enzima deramificante, che agisce in due passaggi:

1. Attività transferasica: dei 4 residui presenti nella ramificazione ne stacca 3 e li porta sull’estremità non riducente; ora in una

ramificazione ci sono 7 glucosi, nell’altra 1 solo glucosio.

2. Attività α-1,6 glicosidica: rimuove il glucosio da solo nella ramificazione per idrolisi.

Quando la molecola di glicogeno non è più ramificata, può intervenire la glicogeno fosforillasi che agisce come visto sopra.

Dato che utilizzando il glicogeno la glicolisi può iniziare dalla seconda tappa, questo parrebbe conveniente dal punto di vista

energetico, in quanto si risparmia una molecola di ATP (che veniva utilizzata dalla prima tappa).

In realtà non è cosi, in quanto la reazione di sintesi del glicogeno a partire dal glucosio-6-fosfato è anch’essa una reazione che

consuma energia, sotto forma di UTP (uridina-trifosfato).

Schematizzando, la reazione avviene in questo modo:

Spiegazione: si parte con il glucosio-6-fosfato, che grazie alla fosfoglucomutasi sposta il gruppo fosfato in p.1, otteniamo il glucosio-1-

fosfato, il quale grazie alla UDP-glucosio fosforillasi si somma all’UMP (UTP che ha perso due gruppi fosfato), otteniamo

l’UDP-glucosio, il quale viene trasportato alla molecola di glicogeno (che ha già n residui di glucosio) e viene sommata ad essa grazie

alla glicogeno sintasi rilasciando UDP.

Fruttosio: il fruttosio entra nel metabolismo cellulare a partire da una molecola di saccarosio: il saccarosio è un dimero formato da

glucosio+fruttosio, questa molecola va in contro a idrolisi grazie all’enzima saccarasi che la divide in una molecola di glucosio ed una

molecola di fruttosio; il glucosio entra nella glicolisi e la inizia normalmente, il fruttosio invece può rientrare nella glicolisi in 2 modi:

1. Attraverso i muscoli: una esochinasi fosforilla il fruttosio in p.6, consumando ATP, e trasformandolo in fruttosio-6-fosfato, il quale

può ripartire dalla terza tappa della glicolisi.

2. Attraverso il fegato: una fruttochinasi fosforilla il fruttosio il p.1, un’aldolasi divide la molecola in 2: gliceraldeide e

diidrossi-acetonefosfato. Il diidrossi-acetonefosfato può entrare nella glicolisi (5 tappa), la gliceraldeide viene fosforillata dalla

gliceraldeide chinasi diventando gliceraldeide-3-fosfato, la quale può anch’essa entrare nella glicolisi (6 tappa).

Galattosio: il galattosio entra nel metabolismo cellulare a partire da una molecola di lattosio: il lattosio è un dimero formato da

glucosio+galattosio, questa molecola va in contro a idrolisi grazie all’enzima lattasi che la divide in una molecola di glucosio ed una

molecola di galattosio; il glucosio entra nella glicolisi e la inizia normalmente, il galattosio entra nella glicolisi invece grazie ad una

serie di reazioni che coinvolgono l’UDP ed avvengono all’interno del fegato.

La reazione inizia con la galattochinasi che fosforilla la molecola di galattosio in p.1, trasformandolo il galattosio-1-fosfato.

Successivamente l’enzima “UDP-glucosio—>galattosio-1-fosfato uridiltransferasi” stacca una parte di UDP-glucosio (stacca UMP:

uridina+1 gruppo fosfato) e lo attacca al galattosio-1-fosfato, liberando una molecola di glucosio-1-fosfato che può iniziare la glicolisi.

A questo punto l’enzima “UDP-glucosio 4-epimerasi” trasforma l’UDP-galattosio in UDP-glucosio, il quale può ricominciare la reazione

con una nuova molecola di galattosio-1-fosfato.

REGOLAZIONE DELLA GLICOLISI:

La glicolisi è strettamente regolata, i punti di regolazione corrispondono alle tappe IRREVERSIBILI. Vediamo:

• Esochinasi - regolazione alla 1 tappa: l’esochinasi è inibita dal proprio prodotto (il glucosio-6-fosfato). In condizioni normali, se c’è

troppo prodotto, questo enzima viene inibito.

• Glucochinasi - ingresso nella 2 tappa: è la tappa sostitutiva alla prima, ovvero quando il glucosio-6-fosfato viene prodotto a partire

dalla molecola di glicogeno. Funziona al contrario dell’inibizione precedente, ovvero viene attivata quando c’è abbondanza di

glucosio-6-fosfato, il quale viene utilizzato per sintetizzare la molecola di glicogeno.

• Fosfofruttochinasi - regolazione alla 3 tappa: l’enzima viene inibito da elevate concentrazioni di ATP, il quale fa diminuire l’affinità

dell’enzima per il fruttosio-6-fosfato. L’enzima viene invece attivato quando c’è abbondanza di ADP e AMP (in quanto significa che c’è

poca energia). Un altro regolatore è il fruttosio-2,6-bisfosfato, che quando è presente aumenta l’affinità dell’enzima per il

fruttosio-6-fosfato, annullando l’azione inibitrice dell’ATP.

• Piruvato chinasi - regolazione alla 10 tappa: il fruttosio-1,6-bisfosfato attiva l’enzima consentendogli di mantenere il passo con la

grande quantità di intermedi che stanno arrivando dalle reazioni precedenti. L’ATP, se presente in grandi quantità