Glicolisi - Schemi riassuntivi di Biochimica

GLICOLISI

Nella glicolisi una molecola di glucosio viene degradata mediante una serie di

reazioni catalizzate da enzimi che producono due molecole di un composto a tre

atomi di carbonio, il piruvato. Durante le reazioni in sequenza della glicolisi parte

dell’energia rilasciata dal glucosio viene recuperata sotto forma di ATP e di NADH.

La glicolisi è la via centrale per il catabolismo del glucosio, attraverso la quale passa

la quantità più consistente di atomi di carbonio nella maggior parte delle cellule. La

demolizione del glucosio è la sola fonte di energia metabolica in alcuni tessuti di

mammifero e in alcuni tipi di cellule.

Per fermentazione si intende la degradazione anaerobica del glucosio o di altri

nutrienti per ottenere energia che viene conservata sotto forma di ATP.

La demolizione del glucosio, uno zucchero a 6 atomi di C, in due molecole di

piruvato, composto a 3 atomi di C, avviene in 10 tappe:



‐ Le prime 5 tappe costituiscono la fase preparatoria.

In questa fase il glucosio viene scisso in due molecole di gliceraldeide 3‐

fosfato (G‐3P), che possiedono un alto potenziale di trasferimento del gruppo

fosforico. In questa fase vengono investite due molecole di ATP.

Nello specifico, in questa fase: (1) il glucosio viene fosforilato a livello del

gruppo ossidrilico del C‐6, (2) il D‐glucosio 6‐fosfato così formato viene

convertito in D‐fruttosio 6‐fosfato, (3) il D‐fruttosio 6‐fosfato viene ancora

fosforilato sul C‐1, generando il D‐fruttosio 1,6‐bisfosfato. In entrambe le

tappe di fosforilazione il donatore dei gruppi fosforici è l’ATP. (4) Il D‐fruttosio

1,6‐bisfosfato viene successivamente scisso in due molecole a 3 atomi di C

chiamate “diidrossiacetone fosfato” e “gliceraldeide 3‐fosfato”, (5) il

diidrossiacetone fosfato viene isomerizzato in una seconda molecola di

gliceraldeide 3‐fosfato.

Nella fase preparatoria della glicolisi viene spesa l’energia dell’ATP per

aumentare il contenuti in energia libera degli intermedi della via metabolica, e

le catene carboniose di tutti gli esosi metabolizzati sono convertite in un

prodotto comune, la gliceraldeide 3‐fosfato.



‐ Le ultime 5 tappe costituiscono la fase di recupero energetico, in quanto in

questa fase inizia il guadagno energetico.

In questa fase ciascuna delle due molecole di G‐3P viene convertita in

piruvato. Nel processo vengono ottenute 4 mol di ATP e 2 di NADH. La resa

finale è quindi di 2 mol di ATP (4 ottenute – 2 spese nella fase preparatoria).

Nello specifico, in questa fase: (6) ogni molecola di gliceraldeide 3‐fosfato

viene ossidata e fosforilata dal fosfato inorganico, formando 1,3‐

bisfosfoglicerato, (7‐8‐9‐10) l’energia viene rilasciata quando le due molecole

sono convertite in due molecole di piruvato.

Nelle reazioni sequenziali della glicolisi, tre tipi di trasformazione chimica sono

particolarmente importanti:

1. La degradazione dello scheletro carbonioso del glucosio nel composto non

saccaridico del piruvato

2. La fosforilazione di ADP ad AP da parte di un composto ad alta energia che si

forma durante la glicolisi + , generando NADH

3. Il trasferimento di atomi di H o di elettroni al NAD

In sintesi quindi nella glicolisi una molecola di glucosio viene decomposto in due

molecole di piruvato a minor energia.

L’energia persa nel processo viene raccolta e utilizzata per sintetizzare ATP che verrà

utilizzato nei processi energetici della cellula.

Le 10 reazioni della glicolisi sono catalizzate da 10 enzimi diversi, liberi nel

citoplasma, prevalentemente in forma libera o debolmente associati alla membrana.

Spesso questi enzimi sono funzionalmente associati a formare metaboloni, unità

funzionali che servono a facilitare le reazioni, favorendo lo scambio di intermedi tra

diversi enzimi.

FASE PREPARATORIA

La fase preparatoria della glicolisi richiede l’investimento di due molecole di ATP e

porta alla rottura dell’esosio in due molecole di trioso fosfato.

1. Reazione 1: Fosforilazione del glucosio

Nella prima tappa della glicolisi, il glucosio viene attivato per le successive

reazioni mediante la fosforilazione a livello del suo atomo C‐6 per formare il

glucosio 6‐fosfato. L’ATP è il donatore del gruppo fosforico, per cui in questa

prima reazione si ha il primo investimento di energia sotto forma di ATP.

Questa reazione è irreversibile nelle condizioni intracellulari ed è catalizzata 2+

dall’esochinasi. L’esochinasi, come molte altre chinasi, ha bisogno di ioni Mg

2

, assieme alle catene laterali degli

per la sua attività catalitica. Il Mg

amminoacidi basici del sito catalitico, ha il compito di schermare le cariche

negative dei gruppi fosforici dell’ATP per favorire l’attacco nucleofilo dell’O

del C6 del glucosio al fosfato γ dell’ATP.

2+ proteggono le carche negative dei gruppi

In altri termini: gli ioni di Mg

fosforici dell’ATP, rendendo l’atomo di fosforo terminale un bersaglio più

accessibile all’attacco nucleofilico da parte di un gruppo –OH del glucosio.

l’esochinasi va incontro a una profonda modificazione conformazionale

quando lega il glucosio; quando si lega l’ATP due domini della proteina si

spostano. Questo movimento avvicina l’ATP alla molecola di glucosio legata

all’enzima e non consente l’ingresso dell’acqua che altrimenti entrerebbe nel

sito attivo e attaccherebbe (idrolizzerebbe) i legami fosfoanidridici dell’ATP.

2. Reazione 2: Conversione del glucosio 6‐fosfato a fruttosio 6‐fosfato

L’enzima fosfoglucosio isomerasi catalizza l’isomerizzazione reversibile del

glucosio 6‐fosfato, un aldosio, in fruttosio 6‐fosfato, un chetosio.

La strategia catalitica è quella di trasferire il gruppo carbonilico dal C1 al C2,

spostando il protone dal C2 al C1, in modo tale da formare un emiacetale

ciclico (fruttosio). Per far sì che avvenga questa reazione la molecola si deve

rompere e riciclizzare, l’enzima riarrangia la struttura.

Questa reazione avviene in diversi step:



1. Rottura dell’anello la catena laterale dell’istidina 388 dona un protone

all’O del C5, il glucosio torna in forma aldeidica lineare, con il C1

carbonilico. il C in α (C2) dona un protone alla

2. Formazione intermedio enediolico 

catena laterale del glutammato 357. Il doppietto di legame viene trasferito

al C1, con la formazione di un intermedio enolico



3. Trasferimento del protone al C1 il protone che nel glucosio era legato al

C2, poi donato alla catena laterale del glutammato 357, viene ritrasferito al

C1. Si forma il fruttosio lineare (chetonico), con il carbonio carbonilico in

C2 (e non in C1 come è nel glucosio)



4. Ciclizzazione addizione nucleofila tra il gruppo aldolico in C5 e il

carbonio carbonilico in C2. Formazione del fruttosio in forma ciclica

emiacetalica

3. Reazione 3: Fosforilazione del fruttosio 6‐fosfato a fruttosio 1,6‐bisfosfato

La fosfofruttochinasi‐1 (PFK‐1) catalizza il trasferimento di un gruppo fosforico

dall’ATP al fruttosio 6‐fosfato per formare il fruttosio 1,6‐bisfosfato. In questa

reazione si ha quindi il secondo investimento di ATP.

La reazione catalizzata dalla PFK‐1 è essenzialmente irreversibile nelle

condizioni cellulari e può essere considerata la prima reazione “di comando”

della via glicolitica. La fosfofruttochinasi 1 è soggetta ad una complessa

regolazione allosterica, viene attivata dall’AMP e inibita da ATP e citrato.

4. Reazione 4: Scissione del fruttosio 1,6‐bisfosfato

L’enzima fruttosio 1,6‐bisfosfato aldolasi, spesso chiamato semplicemente

aldolasi, catalizza una condensazione aldolica reversibile. Il fruttosio 1,6‐

bisfosfato viene scisso in due diversi triosi fosforilati: la gliceraldeide 3‐fosfato

(G3P), un aldosio, e il diidrossiacetone fosfato (DHAP), un chetosio.

Questa tappa spiega il senso di isomerizzare il glucosio (un’aldeide) in

fruttosio (un chetone). La scissione aldolica avviene tra il C in α e quello in β al

carbonile di un aldolo. La conversione di uno zucchero aldeidico a uno

chetonico, fa sì che la reazione di scissione catalizzata dall’aldolasi, formi due

composti aventi lo stesso scheletro carbonioso. Se la reazione fosse stata

catalizzata con il glucosio (in cui il C carbonilico è il C1), si formerebbero due

prodotti di diversa lunghezza.

5. Reazione 5: Interconversione dei triosi fosfato

Solo uno dei due triosi fosfato formati dall’aldolasi, la gliceraldeide 3‐fosfato,

può essere degradato direttamente nelle tappe successive della glicolisi.

L’altro prodotto, il diidrossiacetone fosfato, viene rapidamente e

reversibilmente convertito in gliceraldeide 3‐fosfato dal quinto enzima della

via glicolitica, la triosio fosfato isomerasi.

Il meccanismo della reazione è simile a quello della fosfoesosio isomerasi della

tappa 2 della glicolisi.

Quindi le due molecole di gliceraldeide 3‐fosfato proseguono lungo la via

metabolica.

FASE DI RECUPERO ENERGETICO

La fase di recupero energetico della glicolisi comprende le tappe di fosforilazione

che conservano parte dell’energia della molecola del glucosio sotto forma di ATP e

NADH. La conversione di due molecole di gliceraldeide 3‐fosfato in due molecole di

piruvato è accompagnata dalla formazione di 4 molecole di ATP dall’ADP. La resa

netta in ATP per molecola di glucosio è quindi di 2 molecole di ATP, perché le 2

molecole di nucleotide sono state consumate nella fase preparatoria della glicolisi

per fosforilare la molecola di esosio in posizione 1 e 6.

6. Reazione 6: Ossidazione della gliceraldeide 3‐fosfato a 1,3‐bisfosfoglicerato

La prima tappa della fase di recupero energetico è l’ossidazione della

gliceraldeide 3‐fosfato a 1,3‐bisfosfoglicerato, catalizzata dalla gliceraldeide 3‐

fosfato deidrogenasi.

In questa reazione si osserva la formazione di un intermedio ad alta energia,

ossia energia potenziale che potrebbe “uscire” in seguito a rottura dei legami.

In altri termini, questa è la prima tappa responsabile della sintesi di un

intermedio ad alta energia che servirà poi a produrre ATP in quanto il 1,3‐BPG

è un acilfosfato che possiede un’alta capacità di trasferimento del gruppo

fosforico.

Il meccanismo con cui avviene questa reazione è il seguente:

7. Reazione 7: Trasferimento del gruppo fosforico dall’1,3‐bisfosfoglicerato

all’ADP

L’enzima fosfoglicerato chinasi trasferisce all’ADP il gruppo fosforico ad alta

energia del gruppo carbossilico dell’1,3‐bisfosfoglicerato per formare ATP e 3‐

fosfoglicerato. In questa fase si ha quindi la generazione di ATP.<