Glucosio e glicolisi

Glicolisi

Glicolisi è la strada più battuta dalla glucosio-6-fosfato. La glicolisi è un processo molto vecchio dal punto di vista evolutivo che porta alla degradazione del glucosio in piruvato o acido piruvico. Il secondo passo è la glicolisi aerobica che avviene nel mitocondrio: il ciclo di Krebs, dove si producono ATP e prodotti di degradazione come acqua, CO₂ e urea.

La glicolisi è un processo citoplasmatico, avviene nel citosol in tutte le nostre cellule ed è un meccanismo che si è evoluto per particolari caratteristiche che portano a una parziale demolizione del glucosio in una molecola più semplice che è l'acido piruvico.

Fasi della glicolisi

• Investimento energetico: È una strategia che usano tutte le cellule. La cellula spende un po' di energia che le viene resa alla fine con un guadagno. Quello che spende in ATP le viene poi restituito con guadagno.
• Fase intermedia: L'anello viene spaccato in due con formazione di due molecole a tre atomi di carbonio.
• Fase di recupero: La cellula recupera energia con il guadagno.

All'interno di questa via glicolitica ci saranno dei punti di controllo, ci sono enzimi master che regolano la via metabolica. Nella glicolisi, sono tre gli enzimi importanti per accelerare o decelerare la via metabolica.

Prima fase

Inizia quando il glucosio è stato fosforilato in glucosio-6-fosfato dall'enzima esochinasi o dalla glucochinasi, in particolare a livello di determinati tessuti, come il fegato. Una volta che si è formato glucosio-6-fosfato, il 90% del glucosio viene indirizzato verso la via della glicolisi. La prima reazione consiste nel trasformare il glucosio-6-fosfato in fruttosio-6-fosfato tramite degli enzimi che sono le fosfoglucoisomerasi. La ΔG della reazione è +1,67 KJ/mole.

La seconda reazione è una reazione molto importante perché la cellula spende un'ulteriore molecola di ATP. Il fruttosio-6-fosfato viene fosforilato in posizione 1 formando quindi fruttosio-1,6-bifosfato. La reazione necessita della presenza di una molecola di ATP e implica la necessità di un enzima chiamato chinasi. C'è bisogno di magnesio che è sempre presente quando ci sono le chinasi. L'enzima in questione è la fosfofruttochinasi 1 (PFK1).

A questo punto, la molecola di fruttosio-1,6-bifosfato viene tagliata in due e si ottengono due molecole grazie all'enzima aldolasi: inizio del secondo stadio. Il fruttosio viene aperto e tagliato e, in questo caso, la ΔG di reazione è positiva. L'enzima è capace di fare la reazione in entrambi i sensi. La esochinasi e la glucochinasi vanno in un'unica direzione. La aldolasi è capace sia di rompere il fruttosio-6-fosfato ma anche di fare la reazione opposta. In questa reazione, la ΔG è fortemente positivo.

Formazione di molecole

Si formano quindi due molecole che sono:

• Diidrossiacetonfosfato
• D-gliceraldeide-3-fosfato (G3P)

Nel corso dell'evoluzione di queste due molecole a tre atomi di carbonio, solo una prosegue la via glicolitica per formare il piruvato. Solo la G3P può continuare la via formando il piruvato. Perché quindi sprecare energia (terzo stadio)? La molecola di trioso che non prosegue viene trasformata in gliceraldeide-3-fosfato mediante un'isomerasi. In sostanza, è come se alla fine si formassero due molecole di G3P: man mano che la G3P continua la via glicolitica, anche l'altra molecola si trasforma e va a continuare anch'essa la via glicolitica. Alla fine, è come se ottenessi 2 molecole di G3P. Da adesso in poi bisogna moltiplicare il tutto per 2. A questo punto la G3P continua la via glicolitica.

Reazioni successive

La prima reazione è catalizzata da una deidrogenasi, quindi ha bisogno di un coenzima. La gliceraldeide-3-fosfato può andare incontro a una reazione di deidrogenazione catalizzata da un enzima e usando NAD⁺. Il sistema è anche capace di legare sul carbonio in posizione 1, un gruppo fosfato, formando quindi 1,3-bifosfoglicerato (1,3BPG). Le due molecole di gliceraldeide vanno incontro a questa reazione, ottenendo quindi 2 NADH.

La 1,3BPG è una molecola con legami ad alta energia, è molto rigida. La molecola, addirittura in presenza di ADP e di una chinasi, idrolizza un legame ad altissima energia (lo rompe). L'energia liberata permette direttamente di formare ATP: fosforilazione a livello del substrato. Quando non era ancora presente nell'evoluzione l'ATP sintetasi, questo era l'unico modo per fare ATP. È la rottura stessa di un legame chimico che permette di fare direttamente ATP.

La reazione seguente consiste nello spostamento di un fosfato, formando 2-fosfoglicerato (2PG), e l'enzima è una mutasi. A questo punto, il 2PG si trasforma grazie all'enzima enolasi.