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.

Fermentazione

Per fermentazione si intende la degradazione anaerobica del glucosio o di altri nutrienti per ottenere energia che viene conservata sotto forma di ATP.

Demolizione del glucosio

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.

Fase preparatoria

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 i 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.

Fase di recupero 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.

Trasformazioni chimiche importanti

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

• La degradazione dello scheletro carbonioso del glucosio nel composto non saccaridico del piruvato.
• La fosforilazione di ADP ad ATP da parte di un composto ad alta energia che si forma durante la glicolisi, generando NADH.
• Il trasferimento di atomi di H o di elettroni al NAD.

In sintesi, quindi, nella glicolisi una molecola di glucosio viene decomposta 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.

Enzimi coinvolti

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.

Dettagli della 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.

• 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 dall’esochinasi. L’esochinasi, come molte altre chinasi, ha bisogno di ioni Mg²⁺ per la sua attività catalitica. Il Mg²⁺, assieme alle catene laterali degli 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.

In altri termini: gli ioni di Mg²⁺ proteggono le cariche negative dei gruppi fosforici dell’ATP, rendendo l’atomo di fosforo terminale un bersaglio più accessibile all’attacco nucleofilico da parte di un gruppo –O.