Chimica Organica (Biochimica) - Appunti Completi

FASE DI INNESCO (CONSUMO DI ATP)

1. La prima reazione riguarda la fosforilazione (grazie ad una molecole di ATP) del

glucosio a glucosio 6-fosfato: in questa forma il glucosio viene letteralmente

E’ catalizzata da un enzima chiamato

intrappolato all'interno della cellula.

glucochinasi (nel fegato) e esochinasi (in tutti gli altri tessuti).

2. La seconda reazione è una reazione di isomerizzazione del glucosio 6-fosfato (aldoso)

E’ catalizzata dall’enzima

a fruttosio 6-fosfato (chetoso). fosfoesoso-isomerasi.

3. Assistiamo qui ad una seconda fosforilazione (quindi ad una seconda spesa di una

molecola di ATP), catalizzata dall'enzima fosfofruttochinasi, che forma il fruttosio

1,6-bisfosfato. Il fosfofruttochinasi è l'enzima chiave per il controllo della glicolisi.

Finora non è stata prodotta energia, ma piuttosto è stata consumata: infatti l'ATP è stato

utilizzato nella prima e nella terza tappa della glicolisi.

4. In questa seconda fase il fruttosio 1,6-bisfosfato viene scisso in 2 carboidrati a 3 atomi

dall’enzima

di carbonio, ognuno delle quali porta un gruppo fosfato, aldolasi. Si

formano, quindi, la gliceraldeide-3-fosfato e il diidrossiacetone-fosfato.

L’enzima

5. fosfotrioso-isomerasi trasforma il diidrossiacetone-fosfato in gliceraldeide-

3-fosfato, formando così due molecole di gliceraldeide-3-fosfato.

FASE DI RECUPERO ENERGETICO (SINTESI DI ATP)

6. La gliceraldeide-3-fosfato subisce una reazione di deidrogenazione (unica reazione

ossidativa della glicolisi), grazie all’enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (una

deidrogenasi NAD dipendente). Si ha una grande consumo di NAD, che strappa due

+

atomi di H alla gliceraldeide-3-fosfato e li lega a sé, creando NADH +H .

Si forma l’1,3-bisfosfoglicerato, molecola ad elevata energia libera di idrolisi.

7. L'alto contenuto energetico dell'1,3-bisfosfoglicerato viene utilizzato per formare

ATP. La reazione (reazione di fosforilazione a livello del substrato) viene catalizzata

Dell’1,3-bisfosfoglicerato

dall'enzima fosfoglicerato chinasi. resta il 3-fosfoglicerato.

(isomerizzazione) dall’enzima

8. Il 3-fosfoglicerato viene trasformato in 2-fosfoglicerato

fosfoglicerato mutasi.

grazie all’enolasi,

9. Il 2-fosfoglicerato, viene trasformato in fosfoenolpiruvato, con

legami ad alta energia libera di idrolisi.

10. Grazie al piruvato chinasi, il gruppo fosfato del fosfoenolpiruvato, viene trasferito su

una molecola di ADP, per formare ATP. Il fosfoenolpiruvato, perso il gruppo fosfato,

(α-chetoacido).

diviene piruvato nella seconda: c’è

Si sono spese 2 molecole di ATP nella prima fase e ne abbiamo ricavate 4

stato, quindi, un guadagno di 2 molecole di ATP.

Quindi, affinché la glicolisi possa svolgersi, c’è bisogno del coenzima della deidrogenasi (il

NAD). Se, infatti, la glicolisi va avanti, tutto il NAD presente comincia a trovarsi sotto la

+

forma NADH + H e scarseggia, dunque, il NAD ossidato: questo comporta il fatto che la

reazione di deidrogenazione non possa avvenire. Una delle esigenze fondamentali, infatti, è

quella di riossidare il NAD ridotto. Ci sono due possibilità: o siamo in condizioni aerobie o

condizioni anaerobie, nell’uomo si ha la

anaerobie. In fermentazione lattica: il piruvato viene

grazie all’enzima

ridotto a lattato, lattato deidrogenasi, che utilizza come coenzima il NADH

+

+ H (NAD ridotto), producendo NAD (NAD ossidato). Ecco quindi, come recuperare il

NAD ossidato. In altri organismi, sempre in condizioni anaerobie, si ha la fermentazione

alcolica: il piruvato viene decarbossilato, si trasforma in aldeide acetica, la quale viene

ridotta (utilizzando NAD ridotto e formando, quindi, NAD ossidato) e si forma etanolo.

In condizioni aerobie, invece, il NAD ridotto viene convertito in NAD ossidato dentro il

mitocondrio. Sempre in condizioni aerobie, anche il piruvato viene trasferito nel mitocondrio,

dove, grazie ad un complesso enzimatico (più enzimi insieme), detto piruvato deidrogenasi,

viene trasformato in Acetil-CoA.

La Gluconeogenesi

E’ la via opposta alla glicolisi, che produce glucosio a partire da molecole di natura non

glicidica: si svolge in parte nel mitocondrio e in parte nel citosol del fegato.

Le molecole di partenza sono il piruvato, il lattato o anche alcuni amminoacidi.

La gluconeogenesi non è la glicolisi al contrario: ci sono, infatti, 3 punti in cui le due vie

metaboliche sono profondamente diverse (sono quelle reazioni irreversibili della glicolisi).

1. Il piruvato entra nel mitocondrio. Qui subisce una reazione di carbossilazione, si

consuma ATP e si forma ossalacetato.

L’ossalacetato viene ridotto a

2. malato, che esce dal mitocondrio.

3. Una volta fuori, il malato viene riconvertito in ossalacetato.

A questo punto, dall’ossalacetato, con consumo di GTP, si forma il

4. fosfoenolpiruvato.

5. Questo viene trasformato in 2-fosfoglicerato, grazie allo stesso enzima che catalizza la

reazione opposta nella glicolisi.

6. Il 2-fosfoglicerato viene isomerizzato a 3-fosfoglicerato. (Sempre grazie allo stesso

enzima della glicolisi, ma in senso opposto).

7. Il 3-fosfoglicerato viene trasformato in 1,3-bisfosfoglicerato. (Sempre grazie allo

stesso enzima della glicolisi, ma in senso opposto).

L’1,3-bisfosfoglicerato

8. viene trasformato in gliceraldeide-3-fosfato. (Sempre grazie

allo stesso enzima della glicolisi, ma in senso opposto).

9. La gliceraldeide-3-fosfato viene trasformata in diidrossiacetone fosfato; una molecola

di gliceraldeide si mette insieme al diidrossiacetone fosfato, formando fruttosio-1,6-

bisfosfato (sempre grazie allo stesso enzima della glicolisi, ma in senso opposto)

L’enzima

10. fruttosio-1,6-bisfosfatasi (enzima chiave) stacca il fosfato in posizione 1 e

forma fruttosio-6-fosfato.

11. Questo viene isomerizzato a glucosio-6-fosfato.

12. Il glucosio-6-fosfato subisce una reazione di idrolisi del legame col fosfato,

catalizzata dall’enzima glucosio-6-fosfatasi. Si forma glucosio + fosfato.

Regolazione della Glicolisi

L’enzima E’, infatti, un enzima allosterico, la

chiave della Glicolisi è la fosfofruttochinasi.

cui attività viene quindi, regolata, da alcuni effettori allosterici. Sono effettori allosterici

positivi (molecole che, legandosi alla fosfofruttochinasi, ne fanno aumentare il

funzionamento) l’AMP e l’ADP. Quando queste due molecole aumentano di concentrazione

significa che c’è poca ATP e, dunque, poca energia: è giusto, quindi, che il loro

nella cellula

aumento stimoli la glicolisi, ossia la produzione di energia, sotto forma di ATP. Allo stesso

modo, l’ATP, quando è presente in elevate concentrazioni, provoca un effetto negativo sulla

Un’altra molecola con effetto negativo è il

fosfofruttochinasi, rallentandone il funzionamento.

citrato: quando questo è presente nel citosol, significa che la cellula sta molto bene dal punto

di vista energetico; la sua presenza, quindi, rallenta la glicolisi, agendo sulla

fosfofruttochinasi. Infine, abbiamo il fruttosio-2,6-bisfosfato. La presenza di questa molecola

riflette l’azione di due ormoni: l’insulina e il glucagone.

L’insulina (ormone ipoglicemizzante) fa aumentare la concentrazione del fruttosio-2,6-

bisfosfato, che stimola la fosfofruttochinasi ad accelerare la glicolisi: più glucosio viene

disgregato e la glicemia si abbassa. Al contrario, il glucagone (ormone iperglicemizzante) fa

diminuire la concentrazione del fruttosio-2,6-bisfosfato, che non stimola più la

fosfofruttochinasi e la glicolisi demolisce meno glucosio.

Regolazione della Gluconeogenesi

L’enzima chiave della Gluconeogenesi è il fruttosio-1,6-bisfosfatasi. Questo enzima presenta

L’ATP, per esempio, che aveva

la stessa regolazione, ma opposta, della fosfofruttochinasi.

un’azione inibente nei confronti della fosfofruttochinasi, ha un’azione eccitante nei confronti

L’AMP, l’ADP,

del fruttosio-1,6-bisfosfatasi. il fruttosio-2,6-bisfosfato, che avevano

un’azione stimolante nei confronti della fosfofruttochinasi nella glicolisi, hanno qui

un’azione inibente, nei confronti del fruttosio-1,6-bisfosfatasi.

La Glicogenolisi

E’ una via metabolica, attraverso la quale il glicogeno viene demolito. Il metabolismo del

glicogeno avviene a livello delle estremità non riducenti, ossia quelle estremità in cui è libero

un gruppo OH in posizione 4. L’enzima che demolisce il glicogeno si chiama glicogeno

attraverso l’inserimento

fosforilasi: questo rompe il legame 1,4-glicosidico, di uno ione

fosfato (fosforolisi), che si lega in posizione 1. Il prodotto della reazione è la molecola di

glicogeno accorciata di un’unità di glucosio e una molecola glucosio-1-fosfato.

Ogni tanto, tuttavia, si incontrano i legami α-1,6-glicosidici delle ramificazioni: in questo

caso la glicogeno fosforilasi non funziona ed entra in gioco, quindi, l’enzima deramificante.

Il glicogeno non si trova libero nella cellula, ma si trova attaccato alla proteina glicogenina.

Nel momento in cui i due enzimi agiscono, non demoliscono tutto il glicogeno, ma lasciano

delle piccole catenelle attaccate alla glicogenina, che serviranno per resintetizzare il

glicogeno. Il glucosio-1-fosfato, infine, viene trasformato in glucosio-6-fosfato (che si trova

libero nelle cellule) grazie all’enzima fosfoglucomutasi.

La Glicogenosintesi

Il glucosio, che all’interno della cellula è sotto forma di glucosio-6-fosfato, prima di tutto

Questo reagisce con l’UTP (Uridintrifosfato): una

viene isomerizzato a glucosio-1-fosfato.

parte dell’UTP (ossia l’UMP) si va a legare al glucosio-1-fosfato, l’UDP-glucosio,

formando

una molecola abbastanza energetica da poter reagire. La reazione vera di sintesi del glicogeno

la catenella di glicogeno attaccata alla glicogenina con l’UDP-glucosio.

vede, ora, reagire

L’enzima che catalizza questa reazione si chiama glicogeno sintasi. La molecola di UDP-

glucosio si spezza e il residuo di glucosio si lega alla catenella, che si allunga.

Tuttavia, il glicogeno è ramificato: quindi si devono creare, ogni tanto, dei legami α1,6-

l’enzima

glicosidici; interviene, quindi, ramificante, che stacca un pezzo della catena e va a

formare un legame 1,6, creando una ramificazione.

La regolazione di Glicogenolisi e Glicogenosintesi

Nel caso della Glicogenolisi, l’enzima chiave è la glicogeno fosforilasi. Nel caso della

Glicogenosintesi, è la glicogeno sintasi. Questi due enzimi sono regolati attraverso processi

di fosforilazione. Nel caso della glicogeno fosforilasi, la forma fosforilata è attiva, mentre

quella non fosforilata non è attiva. Nel caso della glicogeno si