Glicolisi e destini del piruvato

DA QUESTO PUNTO IN POI BISOGNA MOLTIPLICARE PER 2!

In questa tappa si forma un composto ad alta energia, l’1,3-bifosfoglicerato, per

mezzo dell’enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi.

Il coenzima NAD+ è l’accettore di atomi di idrogeno nella reazione della

gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi. La riduzione del NAD+ ha luogo mediante il

trasferimento da parte dell’enzima di uno ione idruro (:H-) dal gruppo aldeidico della

gliceraldeide-3-fosfato all’anello nicotinamidico del NAD generando la forma ridotta

+

del coenzima NADH. L’altro atomo di idrogeno della molecola del substrato compare

nella soluzione sottoforma di ione H+. 12

Ci scostiamo ora leggermente dalla glicolisi descrivendo una particolare relazione tra

l’intermedio appena formato e una delle molecole più importanti per la sopravvivenza del

nostro organismo: l’emoglobina.

l’1,3-bifosfoglicerato continua tranquillo e beato la sua glicolisi, sappiate però si

può convertire anche in un altro intermedio: il 2,3-bifosfoglicerato, molto

importante nella regolazione dell’emoglobina.

L’emoglobina lega, con una certa affinità, l’ossigeno. il 2,3-bifosfoglicerato è una

molecola che si pone tra le subunità β dell’emoglobina e serve a regolare l’affinità per

l’ossigeno: quando aumenta il 2,3-bifosfoglicerato (in seguito ad un aumento della

via glicolitica), l’emoglobina tende a dissociare l’O .

2

Quando si ha un aumento della glicolisi, le cellule necessitano di una maggior

quantità di ossigeno per la fosforilazione ossidativa. Il 2,3-bifosfoglicerato è

presente in quantità elevate nei globuli rossi e ha la funzione di ridurre l’affinità

dell’emoglobina per l’ossigeno e favorire di conseguenza il rilascio dell’ossigeno alle

cellule dei vari tessuti.

Il 2,3-bifosfoglicerato è un intermedio della glicolisi che diminuisce l'affinità

dell'ossigeno per l’emoglobina. Una malattia genetica che causa la carenza di esochinasi

quindi:

A) Causerà un aumento dell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno

B) Causerà una diminuzione dell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno

C) Causerà un accumulo di prodotti intermedi della glicolisi

D) Lascerà invariata l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno

E) La carenza da esochinasi non influenzerà la glicolisi non essendo l'esochinasi un enzima

glicolitico

(Suggerimento: se manca esochinasi i prodotti intermedi della glicolisi aumentano, diminuiscono o

rimangono invariati?)

Qui non serviva imparare a memoria tutti gli enzimi della glicolisi ma se uno dà una rapida occhiata

alla glicolisi potrebbe ricordarsi che l'esochinasi è il primo enzima della via. Se manca esochinasi

TUTTI i prodotti intermedi della glicolisi vengono prodotti in minor quantità, compreso il il 2,3-

bifosfoglicerato. In questo modo l'emoglobina è libera dalla sua inibizione (! il 2,3-bifosfoglicerato

non viene prodotto a sufficienza per diminuire l’affinità dell’emoglobina) e trattiene molto di più

l'ossigeno, tanto che i soggetti affetti da questa carenza hanno difficoltà a cedere quantità adeguate di

ossigeno ai tessuti (l’emoglobina è legata fortemente all’ossigeno). Risposta corretta a.

13

VII° reazione Fosfoglicerato chinasi 3-FOSFOGLICERATO

1,3-BIFOSFOGLICERATO

Questa tappa è caratterizzata dalla vera e propria fase di recupero, che consiste nella

produzione di ATP (in questa reazione viene descritto un primo esempio di

fosforilazione a livello di substrato).

Attraverso l’enzima fosfoglicerato chinasi, infatti, l’1,3-bifosfoglicerato cede un

gruppo fosfato ad un ADP, che diventa ATP. Quindi l’1,3-BPG dona all’ADP il suo

fosfato e si formano quindi: 3-fosfoglicerato e una molecola di ATP.

Come già accennato, questo genere di produzione di ATP è definita

FOSFORILAZIONE A LIVELLO DI SUBSTRATO dal momento che la molecola

donatrice, l’1,3-bifosfoglicerato, è un substrato ad alto potenziale di trasferimenti di

un gruppo fosfato.

VIII° reazione

Le ultime 3 reazioni della glicolisi consistono nella conversione del 3-fosfoglicerato

in piruvato attraverso una concomitante conversione di un’altra molecola di ADP in

ATP.

L’enzima fosfoglicerato mutasi catalizza lo spostamento reversibile del gruppo

fosforico tra gli atomi di carbonio C2 e C3 del glicerato; avviene quindi un

riarrangiamento del 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato.

Fosfogliceromutasi

3-FOSFOGLICERATO 2-FOSFOGLICERATO

Mutasi sono enzimi che catalizzano il trasferimento di un gruppo funzionale da

#

una posizione all’altra della stessa molecola. Le mutasi sono una sottoclasse delle

isomerasi. 14

IX° reazione Enolasi

2-FOSFOGLICERATO FOSFOENOLPIRUVATO

La nona reazione della glicolisi è una disidratazione. E’ la seconda reazione glicolitica

che genera un composto con un alto potenziale di trasferimento del gruppo fosforico

ed è catalizzata dall’enolasi (liasi).

Enolasi enzima che promuove la rimozione reversibile di una molecola di acqua

#

dal

2-fosfoglicerato formando fosfoenolpiruvato.

Il 2-fosfoglicerato perde una molecola di acqua e si trasforma in un altro composto,

il fosfoenolpiruvato (PEP). Lo spostamento del fosfato dalla posizione 3 alla

posizione 2 serve a formare questo composto intermedio, che è estremamente

reattivo e anch’esso riesce a donare fosfato: dona il suo fosfato all’ADP e determina la

II° FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO.

Quindi durante la glicolisi, ci sono due fosforilazioni a livello del substrato: una ad

opera

dell’1,3-bifosfoglicerato ed una ad opera del fosfoenolpiruvato.

Dato che i composti a 3 atomi di carbonio sono due per ogni glucosio, in realtà si

generano 4 ATP, 2 per ogni composto a tre atomi di carbonio; ne abbiamo

consumati 2 e quindi generiamo 2 molecole nette di ATP. Questo è il bilancio in

ATP della glicolisi.

X° reazione

L’ultima tappa, irreversibile, è la sintesi del piruvato e dell’ATP, per mezzo

dell’enzima piruvato chinasi. Come già anticipato, è una reazione di fosforilazione a

livello di substrato che produce piruvato. 15

Piruvato chinasi

FOSFOENOLPIRUVATO PIRUVATO

Il piruvato però compare prima nella forma enolica; quest’ultima tautomerizza,

molto rapidamente e non

enzimaticamente, nella

forma chetonica del

piruvato che è quella

prevalente a

pH 7.0 la forma

# Piruvato chinasi

chetonica è infatti la più FOSFOENOLPIRUVATO ENOLPIRUVATO PIRUVATO

stabile.

Tautomerizzazione reazione chimica che serve per interconvertire i diversi

#

tautomeri

Tautomeria si intende una particolare forma di isomeria tra composti organici.

#

Dopo aver studiato la glicolisi e compreso la resa energetica che ne deriva, prova a

rispondere a questo semplice quesito.

Le moli di ATP prodotte direttamente nella trasformazione di 1mole di glucosio in

piruvato sono:

A) 2

B) 4

C) 6

D) 8

E) 10

2 molecole di 1,3-difosfoglicerato → 3-fosfoglicerato = 1 ATP x2 = 2. Poi 2 molecole di

fosfoenolpiruvato → piruvato = 1 ATP x 2 = 2. Totale 4 ATP. Risposta corretta: B

16

Ricapitolando… alla fine della glicolisi, abbiamo:

(1) la produzione finale di 2 molecole di ATP,

(2) due fosforilazioni a livello del substrato,

(3) formazione di 2 NAD ridotti (NADH) nel citoplasma

(4) e la produzione di un composto, il piruvato.

Di solito il piruvato viene poi destinato al ciclo di Krebs, in condizioni aerobiche.

Se invece la cellula si trova in condizioni anaerobiche, si verificano le

fermentazioni: tra quelle più note ricordiamo la fermentazione alcolica e la

fermentazione lattica. Questi due processi verranno spiegati in dettaglio nel

paragrafo successivo. LATTATO

Glicolisi PIRUVATO

GLUCOSIO ETANOLO

17

18

DESTINI DEL PIRUVATO

Cerchiamo di capire ora che fine fa il piruvato prodotto dalla via glicolitica. Sai bene

che alla fine della glicolisi vengono prodotte in totale 2 molecole di piruvato. Devi

sapere che questo piruvato può avere diversi destini:

1- In condizioni anaerobiche, può essere fermentato a lattato durante una (1)

vigorosa contrazione muscolare, (2) negli eritrociti ed in (3) alcuni

microrganismi (FERMENTAZIONE LATTICA).

2- Sempre in condizioni anaerobiche, può essere fermentato ad alcol nei lieviti

(FERMENTAZIONE ALCOLICA).

3- In condizioni aerobiche, invece, può essere convertito in acetil-CoA ed entrare nel

ciclo dell’acido citrico

(DECARBOSSILAZIONE Glucosio

OSSIDATIVA#CICLO DI Glicolisi

(10 reazioni

KREBS#FOSFORILAZIO successive)

NE OSSIDATIVA). Condizioni Condizioni

2 Piruvato

anaerobiche anaerobiche

Condizioni

aerobiche

Fermentazione lattica 2 Etanolo + 2 CO 2 Lattato

2 2 CO 2

FERMENTAZIONE

Studiando i capitoli precedenti, AD ALCOL IN 2 Acetil-CoA

LIEVITO

hai imparato che durante le

reazioni della glicolisi vengono

prodotti coenzimi ridotti, in

particolar modo il NADH. Il 4 CO + 4 H O

2 2

fatto che questo NADH possa ANIMALI, PIANTE SOTTO

trasferire elettroni alla catena CONDIZIONI AEROBICHE

di trasporto mitocondriale, comporta che ci deve essere ossigeno come accettore

degli elettroni.

L’ossigeno (O ) è, infatti, l’accettore finale di elettroni nella respirazione cellulare aerobica: viene

2

ridotto (ovvero riceve elettroni) ad acqua (H O)).

2

La presenza di ossigeno è quindi necessaria perché il trasferimento di elettroni del

NADH a qualcos’altro porti alla rigenerazione del NAD+. Il NAD+ così rigenerato

(quindi riossidato) serve per la reazione della gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi

(VI° reazione della via glicolitica): in questa reazione, come saprai, vengono trasferiti

elettroni al coenzima che, di nuovo, si riduce a NADH.

Attenzione però, perchè può succedere che siano presenti condizioni di anaerobiosi,

cioè che ossigeno molecolare non sia disponibile come accettore di elettroni per il

NADH. Questo succede regolarmente in organismi prettamente anaerobici. Ma può

succedere anche in organismi aerobici che possono trovarsi in condizioni di

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anaerobiosi in situazioni particolari: vale, ad esempio, anche per l’uomo durante

condizioni in cui l’ossigeno è disponibile, ma le condizioni metaboliche lo rendono

inutilizzabile.

Specifichiamo che l’anaerobiosi nell’essere umano è di due tipologie:

Costitutiva: caratteristica dei globuli rossi. I globuli rossi