Biochimica - riassunto

NADH.

VI reazione: gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (GAPDH), in cui la GAP è

convertita in 1,3-bisfosfoglicerato (1,3BPG), grazie a due processi: ossidazione

dell’aldeide ad acido carbossilico ad opera di NAD+ e sua fosforilazione, cioè

attacco di gruppo fosfato, al –COOH.

VII reazione: fosfoglicerato chinasi (PGK), in cui l’1,3BPG si trasforma in 3-

fosfoglicerato (3PG) con produzione di ATP. Questa reazione è accoppiata con la

sesta.

VIII reazione: fosfoglicerato mutasi, in cui il 3PG è isomerizzato a 2-

fosfoglicerato (2PG), con formazione dell’intermedio 2,3-bisfosfoglicerato

(2,3BPG) che si dissocia dall’E e si lega alla deossiemoglobina.

IX reazione: enolasi, in cui il 2PG è deidratato fosfoenolpiruvato (PEP), altamente

energetico.

X reazione: piruvato chinasi, in cui il PEP è idrolizzato a piruvato e l’energia

liberata sintetizza ATP.

Reazione complessiva: glucosio + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2NADH + 2 piruvato



+ 2ATP + 2H2O + 2H

Il piruvato ha destini diversi in base a condizioni aerobiche o anaerobiche. In

condizioni anaerobiche esso può subire fermentazione lattica o alcolica. Nella

fermentazione lattica il piruvato è convertito in lattato dalla lattato

deidrogenasi e gli equivalenti riducenti provengono dal NADH; è rigenerato NAD+

che mantiene costante il flusso della glicolisi in condizioni anaerobiche, che altrimenti

si bloccherebbe alla via della GAP. Reazione complessiva: glucosio + 2 Pi + 2 ADP 

2 lattato + 2 ATP + 2 H2O

La fermentazione alcolica avviene nel lievito in assenza di O e rigenera NAD+ a

partire da NADH della glicolisi. Si producono CO2 ed etanolo con due reazioni

consecutive: decarbossilazione del piruvato ad acetaldeide ad opera di piruvato

decarbossilasi, e riduzione dell’acetaldeide ad etanolo ad opera di alcol

deidrogenasi, con rigenerazione di NAD+ che evita il blocco della glicolisi.

In condizioni aerobiche il piruvato entra nel ciclo di Krebs e subisce fosforilazione

ossidativa generando H2O e CO2 per produrre composti altamente energetici. La

prima tappa è la sintesi di acetil-CoA da piruvato ad opera della piruvato

deidrogenasi, che si trova nel mitocondrio ed è costituito da 3 enzimi e 5 cofattori;

gli enzimi sono piruvato deidrogenasi (E1), diidrolipoil transacetilasi (E2),

diidrolipoil deidrogenasi (E3); i cofattori sono tiamina pirofosfato (TPP),

lipoammide, coenzima A, FAD e NAD+. L’acetil CoA entra nel Ciclo di Krebs dove è

ossidato a due CO2 e l’energia liberata è conservata in 3 NADH, un FADH2 e una

GTP. Reazione complessiva: piruvato + CoASH + NAD+ acetil-S-CoA + CO2 +



NADH.

La glicolisi è regolata a livello della PFK, attivata da AMP e F2,6BP e inibita da ATP e

citrato; a livello della piruvato chinasi, attivata da F1,6BP e inibita da ATP e Acetil

CoA; a livello dell’esochinasi inibita da G6P.

Via dei pentosi fosfato

La via dei pentosi fosfato è una via secondaria di ossidazione del glucosio che

produce diversa energia metabolica. Essa alternativa alla glicolisi e degrada G6P

generando NADPH, necessario alle sintesi riduttive dei processi anabolici. Inoltre

converte pentosi in esosi. Avviene in tre fasi: produzione di NADPH,

isomerizzazione ed epimerizzazione, riarrangiamento dello scheletro

carbonioso.

Nella prima fase, in cui si producono 2 NADPH per ogni G6P, ci sono tre reazioni:

Ossidazione dell’ossidrile semiacetalico del G6P a gruppo chetonico ad

 opera della G6PDH, con produzione di 6-fosfoglucono-lattone (estere

ciclico) e trasferimento di uno ione idruro a NADP+

Idrolisi del 6-fosfoglucono-lattone ad opera di 6-fosfoglucono-lattonasi

 con produzione di 6-fosfogluconato.

Decarbossilazione ossidativa del 6-fosfogluconato a ribulosio-5-fosfato

 (chetopentoso) ad opera di 6-fosfogluconato deidrogenasi con produzione

di NADPH e CO2.

Nella seconda fase il ribulosio-5-fosfato può sia isomerizzare a ribosio-5-fosfato

(R5P) ad opera della ribulosio-5-fosfato isomerasi, sia epimerizzare a xilulosio-5-

fosfato (X5P) ad opera della ribulosio-5-fosfato epimerasi. R5P è un precursore

essenziale nella biosintesi dei nucleotidi e la reazione avviene nella duplicazione

cellulare, in particolare nella sintesi di DNA.

Nella terza fase vi è riarrangiamento dello scheletro carbonioso e conversione di

pentosi-fosfati in esosi e viceversa. R5P e X5P sono trasformati in F6P e G6P con

reazioni reversibili.

Reazione complessiva: 3G6P + 6NADP+ + 3H2O ↔ 6NADPH + 3CO2 + 2F6P +

GAP

Glicolisi e via dei pentosi fosfato sono collegate da traschetolasi e transaldolasi: la

prima trasferisce unità a 2 atomi di C da un chetoso a un aldoso, cioè da X5P a R5P,

formando uno zucchero a 7 atomi di C, mentre i restanti 3 atomi di C sono liberati

sotto forma di GAP; la seconda trasferisce unità a 3 atomi di C dal sedoeptulosio-7-

fosfato alla GAP. Lo zucchero che dona unità bi o tri-carboniose è sempre un chetoso,

mentre l’accettore è sempre un aldoso.

Gluconeogenesi

La gluconeogenesi è un processo anabolico di sintesi di glucosio a partire da

precursori non glucidici, cioè piruvato, lattato, glicerolo, etanolo e amminoacidi

(tranne leucina e lisina). Queste sostanze, per poter entrare nella gluconeogenesi,

devono essere convertite in ossalacetato, uno degli intermedi del ciclo di Krebs. Essa

segue le tappe inverse della glicolisi, ad eccezione di esochinasi, PFK1 e piruvato

chinasi, che sono irreversibili. Avviene quasi interamente nel citosol, tranne la tappa

iniziale che trasloca il piruvato dal mitocondrio al citosol. Si basa su 3 deviazioni,

corrispondenti alle 3 reazioni irreversibili della glicolisi. Nella prima deviazione si

forma PEP a partire da piruvato, passando per reazioni intermedie: dal piruvato si

ottiene ossalacetato ad opera della piruvato carbossilasi, che richiede ATP e ione

bicarbonato come substrati, biotina come coenzima e acetil-CoA come attivatore

allosterico; l’ossalacetato, però, non ha trasportatori sulla membrana mitocondriale ed

è convertito in malato dalla malato deidrogenasi, con ossidazione di un NADH a

NAD+. Raggiunto il citosol, il malato è riossidato ad ossalacetato con produzione di

NADH. A questo punto l’ossalacetato è convertito in PEP dalla fosfoenolpiruvato

carbossichinasi (PEPCK), che sfrutta una GTP. Il PEP è convertito in F1,6BP ad

opera di E della glicolisi, la cui direzione è regolata da concentrazioni di S, coenzimi e

ATP/ADP.

Nella seconda deviazione dal F1,6BP si ricava F6P ad opera della

fruttosio1,6bisfosfatasi (FBPasi1). Il F6P diventa G6P ad opera della

fosfoglucosio-isomerasi. Nella terza deviazione dal G6P si ottiene la molecola di

glucosio ad opera della glucosio-6-fosfatasi.

Reazione complessiva: 2 piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2H+ + 4 H2O 

glucosio + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+

La gluconeogenesi è un processo energeticamente dispendioso, in cui si consumano 4

ATP e 2 GTP per convertire due piruvato in un glucosio. La gluconeogenesi è regolata a

livello della PFK1 glicolitica e della FBPasi1, regolati F2,6BP, che attiva la PFK1 e

inibisce la FBPasi1. A sua volta, il F2,6BP è regolato da PFK2 e FBPasi2, che sono sotto

controllo ormonale, in particolare del glucagone, secreto dal pancreas.

Il metabolismo del glicogeno: glicogenolisi

Il glicogeno è il polisaccaride di riserva delle cellule animali, localizzato in fegato,

muscolo e in minor parte nel rene. Nel fegato controlla la glicemia, mentre nel

muscolo ha ruolo energetico. Ha un’estremità non riducente, con gruppo –OH libero

in posizione 4, e una riducente, con l’atomo di C anomerico C1 libero. Le

ramificazioni sono importanti perché aumentano la sua solubilità e sono i siti di

attacco degli enzimi del suo metabolismo. Quest’ultimo prevede due tappe,

glicogenolisi e glicogeno sintesi.

La glicogenolisi è la degradazione del glicogeno per ottenere glucosio. Essa è

catalizzata da tre E che producono G6P. L’E1 è la glicogeno fosforilasi, che catalizza

la fosforolisi dei legami α(1-4) glicosidici con produzione di G1P, il quale sarà

rilasciato solo dall’estremità non riducente e solo de il residuo di glucosio si trova ad

almeno 5 residui dal punto di ramificazione; la glicogeno fosforilasi è un E ad alta

processività, poiché catalizza più volte una reazione senza doversi dissociare e

riassociare dopo ogni catalisi. Esso può rimuovere residui di glucosio fino alla quarta

unità dal punto di ramificazione, grazie all’E deramificante α 1-4 transglicosidasi -

α 1-6 glicosidasi, che è bi funzionale e agisce a 4 residui dal punto di ramificazione:

esso ha prima attività trasferasica, trasferisce cioè un trisaccaride dal punto 4

all’estremità non riducente dell’altra catena con legame α 1-4 glicosidico; poi ha

attività glicosidasica, con idrolisi del legame α 1-6 glicosidico dell’ultimo residuo

della ramificazione. Si ottiene così una molecola di glucosio non fosforilata. Altro

enzima della glicogenolisi è la fosfoglucomutasi, che isomerizza G1P a G6P, con

formazione dell’intermedio 1,6-bisfosfato.

In seguito a glicogenolisi, il G6P può entrare direttamente nella glicolisi o nella via dei

pentosi fosfato, secondo necessità. Nel fegato è presente un altro E, la glucosio 6-

fosfatasi che catalizza la defosforilazione del G6P, che mantiene costante la

concentrazione di glucosio ematico. Muscoli e nervi, invece, non hanno questo E e

mantengono il glucosio fosforilato al loro interno. In particolare, nel muscolo, il

glicogeno diventa G1P dopo glicogenolisi e, ad opera della fosfoglucomutasi diventa

G6P: questo, a sua volta, diventa piruvato dopo glicolisi, e lattato dopo fermentazione

lattica. Metabolismo del glicogeno: glicogenosintesi

La glicogenosintesi converte glucosio in glicogeno ed è un processo endoergonico

accoppiato ad una tappa esoergonica. L’energia necessaria è fornita dall’idrolisi di

uridina trifosfato (UTP) che forma UDP-glucosio (UDP-G): la fosfoglucomutasi

trasforma G6P in G1P, che a sua volta, ad opera di UDP-glucosio pirofosforilasi e

conversione di UTP in pirofosfato (PPi), diventa UDP-glucosio, che è trasferito sul

gruppo OH in posizione 4 di un’estremità non riducente del glicogeno. Si forma così un

legame ɑ 1-4 glicosidico ad opera della glicogeno sintasi, con formazione della

catena lineare di glicogeno: l’enzima necessita di un primer per iniziare la sintesi,

rappresentato dalla glicogenina, una proteina con residuo di tirosina a cui è legata la

prima molecola di glucosio; essa lega le prime 7 unità di glucosio e, una volta formato

questo tratto, interviene la glicogeno