Biochimica generale e molecolare

La glicolisi e le sue diverse vie metaboliche

La glicolisi non riguarda, tuttavia, esclusivamente il glucosio: è una strada a diverse con-fluenze, rappresentando la via metabolica di tutti gli (mannosio, galattosio, fruttosio)esosii quali si inseriscono nel percorso glicolitica come intermedi.

Il prodotto tramite la glicolisi non è un piruvato ma deve essere necessariamente prodotto finale, metabolizzato per ricavare ulteriore energia. Infatti, durante la glicolisi, avviene una parziale ossida-zione del glucosio.

In condizioni aerobiche, il piruvato può essere convertito in acetil-CoA per poi entrare nel ciclo dell'acido citrico, producendo CO2 e H2O nei mitocondri.

Nelle cellule anaerobie, invece, il piruvato può essere convertito in etanolo tramite la fermentazione alcolica ridotta o in lattato tramite la fermentazione lattica.

La demolizione del glucosio in due molecole di piruvato avviene in dieci tappe, dove il prodotto di una reazione diventa il substrato della reazione successiva.

respiratoria siguadagnano 1,5 molecole di ATP; infine, con l'ATP prodotto durante l'acido citrico, ab-biamo prodotto di La glicolisi, pur dividendosi in più tappe, produce10 molecole ATP.solo 2 molecole di ATP.

- Fase preparatoria

La fase preparatoria della glicolisi consta di 5 reazioni e richiede l'investimento di e2 ATPporta alla rottura dell'esoso in due triosi fosfati.

• 1° REAZIONE: ESOCHINASINella prima reazione interviene una è una che trasferisceESOCHINASI: fosfotransferasiun dall'ATP ad un altro substrato. È un enzima molto complesso e la suagruppo fosforicocomplessità garantisce la sua elevata affinità per i suoi substrati.

L'esochinasi consente di fosforilare il glucosio alivello del con il della mole-C6 consumo primacola di formando ilATP, glucosio 6-fosfato(G6P).La fosforilazione catalizzata dall'esochinasi è lareazione che consente a tutti gli zuccheri di es-sere utilizzabili da

parte dell'organismo: in alcuni tessuti, l'esochinasi catalizza la fosforilazione di altri esosi, come il fruttosio e il mannosio. Se la quantità di G6P prodotto è troppo elevata l'esochinasi viene inibita: in questi casi, interviene un altro enzima ovvero la glucochinasi. Tale enzima presenta una K maggiore, quindi necessita di grandi quantità di substrato per funzionare. È strettamente necessario che sia presente la glucochinasi, perché se il glucosio non venisse fosforilato non potrebbe essere utilizzato. La fosforilazione dell'esoso è una reazione irreversibile, per fosforilare è necessario un altro enzima, facente parte di un'altra via metabolica: in questo modo, la fosforilazione intrappola lo zucchero nel citosol a causa delle cariche negative sull'ossigeno del fosfato e lo prepara alla sua degradazione. L'esochinasi per poter lavorare richiede la presenza di un cofattore,

lo, dato che2+ione Mg4-il vero substrato non è l'ATP ma il complesso . Le cariche dello ione proteggono2-MgATPle del gruppo fosforico dell'ATP, rendendo il gruppo fosforico più acces-cariche negativesibile per il suo attacco al glucosio. L'enzima va incontro ad una modificazione conforma-zionale per quando lega il glucosio.adattamento indotto

2° REAZIONE: FOSFOGLUCO-ISOMERASINella seconda reazione l'enzima FOSFOGLUCO-ISO-(PGP) catalizza l'isomerizzazione del G6PMERASI(aldosio) in (chetosio), isomerofruttosio 6-fostatodel G6P.

3° REAZIONE: FOSFOFRUTTOCHINASINella terza reazione della glicolisi, la (PFK-1) catalizza la fosfo-FOSFOFRUTTOCHINASI-1rilazione del fruttosio 6-fosfato producendo il frutto-La fosforilazione avviene trasfe-sio 1,6-bifosfato.rendo il gruppo fosforico dalla molecola disecondaal C1 del fruttosio 6-fosfato. Anche in questoATP 2+caso, l'enzima necessita del Mg .La reazione catalizzata dalla PFK-1

lachetone,gliceraldeide 3-fosfato è un'aldeide. I due composti presentano lo stesso numero di C, O ed H ma differiscono solo per il gruppo funzionale: sono, quindi,isomeri.53• 5° REAZIONE: TRIOSIO FOSFATO ISOMERASIL'enzima catalizza la TRIOSIO FOSFATO ISOMERASI conversione del diidrossiacetone fosfato in gliceraldeide 3-fosfato. Quest'operazione è strettamente necessaria poiché solo la gliceraldeide 3-fosfato può continuare nella glicolisi. Questa reazione completa la fase preparatoria della glicolisi: l'esoso è stato fosforilato in C1 e C6, tagliato e si sono prodotte di consumando 2 molecole gliceraldeide 3-fosfato, 2ATP. - Fase di recupero La fase di recupero energetico della glicolisi comprende le tappe di fosforilazione che conservano parte dell'energia della molecola di glucosio sotto forma di ATP e NADH.• 6° REAZIONE: GLICERALDEIDE 3-FOSFATO DEIDROGENASILe due molecole di gliceraldeide 3-fosfato

ATP nella reazione successiva.• 7° REAZIONE: FOSFOGLICERATO CHINASIL’enzima (PGK) catalizza la rottura del legame tra ilFOSFOGLICERATO CHINASI gruppoe il dall’1,3-BPG. Il gruppo fosfato non viene rilasciatofosforico gruppo carbossiliconell’ambiente ma, l’energia prodotta dalla rottura del legame viene utilizzata per legarloall’ADP producendo e (sempre x2).ATP 3-fosfoglicerato54Questa reazione è uno dei due esempi di la produ-fosforilazione a livello del substrato:zione di ATP per trasferimento di un gruppo fosforico non avviene tramite la fosforilazioneossidativa accoppiata alla catena respiratoria, ma per diretta fo-sforilazione del substrato.La PGK ha una struttura molto simile all’esochinasi.Le reazioni 6 e 7 nel loro insieme costituiscono un processo diaccoppiamento energetico in cui l’1,3-BPG è l’intermedio co-La reazione 6 ha un ΔG’° positivo, per cui ci si aspetta chemune.tale reazione non

Sia possibile; tuttavia, la successiva fosforilazione a livello del substrato che avviene nella 7° reazione produce un G’° negativo di circa 19 kJ/mole. Per cui, l’intermedio comune 1,3-BPG che diventa 3-fosfoglicerato trascina la 6° reazione in avanti nella via glicolitica.

Dall’1,3-BPG si può generare un intermedio, il gruppo 2,3-BPG: fosforico legato in posizione C1 viene trasferito al C2 da una unabifosfoglicerato mutasi. Una volta che il 2,3-BPG si è legato all’emoglobina per diminuirne l’affinità nei confronti dell’O2, viene convertita mediante una infosfatasi 3-gliceraldeide.

8° REAZIONE: FOSFOGLICERATO MUTASI
L’enzima catalizza il trasferimento del gruppo fosforico dal C2 al C3 del 3-fosfoglicerato, producendo il 2-fosfoglicerato.

9° REAZIONE: ENOLASI
Nella 9° reazione, il 2-fosfoglicerato va incontro ad una catalizzata dall’enzima idrolasiche produce il

rilascio di una molecola ENOLASI, d'acqua da un -OH del C3 e un H dal C2, formando un composto ad elevato contenuto energetico: il fo-(PEP). Questa reazione permette di convertire un composto con un potenziale di trasferimento del gruppo fosforico relativamente basso (2-fosfoglicerato) in un composto con un elevato potenziale di trasferimento (PEP). L'ener