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Reazione di glicolisi
CH -OH2 CH 22-fosfoglicerato Fosfoenol-piruvatoGLICOLISI- a10 Reazione(trasferimento del fosfato all’ADP e formazione di ATP)Enzima: piruvato cinasi2 ADP 2 ATP-COO -COO2 232-C-O-PO C=OCH 2 CH 3Fosfoenol-piruvato piruvatoNell ’ ultima reazione della glicolisi è termodinamicamentefavorita la generazione della forma chetonica del piruvatoaNella 1 fase della glicolisi la cellula “ investe” energia.Infatti, vengono consumate 2 molecole di ATP a Nella 2 fase della glicolisi aerobia ,la cellula “ recupera” l’ energia spesae ne guadagna altra come ATP eNADH Infatti, vengono prodotte 4 molecoledi ATP (e 2 molecole di NADH) Considerando che quelle spese sono2 il guadagno netto in ATP è :4 – 2 = 2ResaATPGLUCOSIO ATP -1ADPGLUCOSIO 6-FOSFATOFRUTTOSIO 6-FOSFATO -1ATPADPFRUTTOSIO 1,6-bis-FOSFATO Resa energetica dellaDIIDROSSIACETONE FOSFATO glicolisiGLICERALDEIDE 3-FOSFATO GLICERALDEIDE 3-FOSFATO 4 2 2 (ATP)+ - = +NAD NAD+Pi +PiNADH
NADH1,3-bis-FOSFOGLICERATO 1,3-bis-FOSFOGLICERATOADP ADP +2ATP ATP3-FOSFOGLICERATO3-FOSFOGLICERATO2-FOSFOGLICERATO 2-FOSFOGLICERATOFOSFOENOLPIRUVATO FOSFOENOLPIRUVATOADP ADP +2ATP ATPPIRUVATO PIRUVATO LOCALIZZAZIONE DELLA GLICOLISI Nel citoplasma di tutti i tipi di cellule. FUNZIONI DELLA GLICOLISI Aerobia: serve a convertire il glucosio in piruvato ed ATP. Il piruvato viene successivamente "bruciato" (ossidato a CO2 ed H2O) per produrre energia (vedi ciclo di Krebs) oppure convertito in grassi (vedi biosintesi degli acidi grassi). GLUCOSIO glicolisi condizioni anaerobie 2 LATTATO 2 PIRUVATO fermentazione lattica condizioni condizioni 2 CO2 (muscolo-eritrociti) aerobie 2 anaerobie 2 ACETIL-CoA 2 ETANOLO + 2 CO2 fermentazione alcolica (lieviti) ciclo di Krebs 4 CO2 + 4 H2O Quando nel citoplasma avviene la glicolisi, il coenzima anaerobia, NADH, prodotto nella reazione della glicolisi catalizzata dalla gliceraldeide-fosfato viene deidrogenasi, viene ridotto a NAD+ dalla reazione catalizzata dallalattato deidrogenasi GLICOLISI ANAEROBIA Il muscolo di piccoli animali produce ATP mediante vie aerobie (fosforilazione ossidativa), anche in condizioni di attività prolungata. Quando l'attività contrattile è intensa, gli animali di grandi dimensioni (tra questi l'uomo) hanno un sistema circolatorio che non è in grado di sostenere un rifornimento di ossigeno adeguato alle necessità energetiche del muscolo. In tali situazioni il muscolo ricorre alla glicolisi anaerobia (fermentazione lattica), consumando anche le sue riserve di lattato e glicogeno. Gli eritrociti ricorrono alla fermentazione lattica come unica via per ricavare ATP dai carboidrati, poiché non contengono mitocondri. Le cellule di tumori solidi captano il glucosio dal sangue e lo degradano mediante la glicolisi anaerobia con una velocità 10 volte maggiore delle cellule non cancerose (effetto Warburg). Alligatori, coccodrilli e molti altri animali di grandi dimensioni usano la fermentazione.lattica (glicolisi anaerobia) per sostenere l'attività muscolare. Per questo, durante l'esercizio fisico, gli animali contraggono un "debito di ossigeno" che sarà pagato con un periodo di riposo più o meno lungo in cui aumentano sia la frequenza respiratoria che il consumo effettivo dell'ossigeno.
Il muscolo scheletrico usa frequentemente la glicolisi anaerobia per ricavare energia (ATP) e la gluconeogenesi nel sangue preso dal fegato.
L'esercizio produce acido lattico nel sangue, che viene convertito in glucosio nel fegato attraverso il ciclo di Cori.
Le funzioni della glicolisi sono:
- Aerobia: serve a convertire il glucosio in piruvato ed ATP. Il piruvato viene successivamente bruciato (ossidato a CO2 e H2O) per produrre energia (vedi ciclo di Krebs) oppure convertito in grassi (vedi biosintesi degli acidi grassi).
- Anaerobia: serve a produrre ATP nel muscolo (negli eritrociti). In questa via il piruvato
Vienee in altri tessuti convertito in lattato, allo scopo di riossidare, nel citoplasma, il NADH a NAD, che viene riciclato.
Le fermentazioni di particolari ceppi microbici generano altri prodotti di notevole interesse economico:
- Etanolo
- Isopropanolo
- Butanolo
- Acetone
- Metanolo
- Acido formico
- Acido acetico
- Acido propionico
- Acido butirrico
- Acido succinico
Nelle cellule la TPP viene prodotta a partire dalla tiamina, che è la vitamina B1. Il carbonio 2 dell'anello tiazolico della TPP perde il protone e diventa un carbanione (cioè C:). Il carbanione si addiziona al carbonio carbonilico (C=O) del piruvato formando un addotto che subisce una decarbossilazione (viene eliminata CO2) generando l'aldeide 2-attiva.
Meccanismo della reazione catalizzata dalla piruvato decarbossilasi:
La TPP è un coenzima coinvolto in altre reazioni di vie metaboliche differenti.
REGOLAZIONI DELLA GLICOLISI:
Metaboliti: Azione ATP, citrato inibiscono (indicano alta energia disponibile nella cellula) AMP
attiva (indica scarsa energia disponibile nella cellula)Fruttosio 2,6-bis-fosfato attiva (solo nel fegato; attiva la fosfofrutticinasi-I)
Ormoni:
Insulina attiva
Glucagone inibisce nel fegato
Adenalina attiva nel muscolo, ma inibisce nel fegato
La fosfofruttocinasi-1 è un enzima allosterico ed il principale sito di regolazione da metaboliti della glicolisi
L'AMP attiva la fosfofruttocinasi contrastando l'inibizione da parte dell'ATP: sposta la curva rossa a sinistra in modo dipendente dalla concentrazione di ADP
F-1,6-BP Alto AMP
F-1,6-BP ADP
Fosfofruttocinasi-1 (dimero, ma nativa è tetramero)
Altri siti di regolazione della glicolisi
L'esocinasi è inibita reversibilmente dal glucosio 6 - fosfato, un prodotto della reazione
L'esocinasi fosforila il glucosio in tutti i tessuti extraepatici
Negli epatociti il glucosio viene fosforilato da un la glucocinasi isoenzima dell'esocinasi
Gli isoenzimi sono costituiti da proteine differenti che, tuttavia,
catalizzano la stessa reazione
Altri siti di regolazione della glicolisi:
L' esocinasi ha una K = 0.1 mMm
La glucocinasi ha una K = 10 mMm glicemia
La normale (concentrazione di glucosio nel) è 4 - 5 mM sangue
Anche la concentrazione di glucosio negli epatociti è 4 - 5 mM, in equilibrio con il sangue
L' esocinasi è sempre saturata: la sua funzione è la "cattura" del glucosio dal sangue
Il fegato produce glucosio e lo esporta per altri organi.
Il fegato "cattura" glucosio solo dopo i pasti, quando la glicemia aumenta
La glucocinasi è regolata dalla concentrazione di glucosio, in accordo col fatto che non è mai saturata.
Altri siti di regolazione della glicolisi:
piruvato cinasi
La viene inibita allostericamente dall' ATP, che diminuisce l' affinità per il suo substrato acetil-CoA
Anche altri metaboliti (etc.) il cui accumulo nella cellula indica "ricchezza" inibiscono
La piruvato cinasi epatica è regolata anche da ormoni che agiscono mediante il 2° messaggero cAMP ESOCINASI: adattamento indottoaa 76 e reazione
Meccanismo di catalisi dell'enzima gliceraldeide 3-fosfatodeidrogenasi (GAPDH)
La GAPDH è irreversibilmente inattivata da iodoacetato
La rottura della cellula determina la dissociazione dei complessi tra proteine cellulari
Gli intermedi glicolitici sono incanalati tra i siti attivi di enzini che si associano tra loro
Meccanismo di catalisi dell'enzima fosfoglicerato mutasi
CICLI FUTILI
Fructose-1,6-bisphosphate ADPH O2 futile
fructose-1,6-phosphofructokinase-1 bisphosphatase cycle (glycolysis) (gluconeogenesis) Pi ATP ATP
Fructose-6-phosphate
Figure 7. Futile cycle between fructose-1,6-bisphosphatase and phosphofructokinase-1.
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