La glicolisi

BPG).

La reazione è' catalizzata da gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi e puo’essere considerata

come la somma di 2 reazioni:

⦁ l’ossidazione dell’aldeide ad acido carbossilico mediata dal NAD+

⦁ l’unione dell’acido carbossilico e dell’ortofosfato per formare il prodotto finale

acilfosfato

Riesco ad avere reazioni accoppiate quando ho un intermedio in comune tra le due

reazioni. Nel nostro caso l'intermedio è l'acil tioestere che si forma dalla gliceraldeide 3-

fosfato deidrogenasi.

Nel sito ho un residuo di glutammato che accetta protoni, e un gruppo sulfidrilico (-SH)

di una cisteina. Quando arriva la GAP, il glutammato prende l'idrogeno del gruppo -SH e

lo zolfo attacca il gruppo carbonilico, formando un intermedio tioacetale. Il tioacetale

+

viene ossidato e gli elettroni passano al NAD che si riduce a NADH. Il gruppo aldeidico

è ossidato ad acido carbossilico e si forma un -S-C(=O)-R cioè un acil tioestere.

L'Acil tioestere è l'intermedio di questa reazione, cioè è quello che si forma nella fase

ossidativa e viene usato dopo per essere fosforilato. Il tioestere ha un legame ad alta

energia, quindi viene facilmente fosforilato ed è rilasciato 1,3-bifosfoglicerato. Esce

+

NADH e rientra NAD , così rinizia il giro. 3

NB

Se l'ossidazione non fosse assicurata dalla fosforilazione, la fosforilazione non

avverrebbe. L'inserimento di un gruppo fosfato ha ΔG>0 (può variare tra +30 e +50)

quindi non è possibile da sola. Di fatto la reazione di ossidoriduzione ha ΔG<0 (favorita

termodinamicamente) e se associata con la reazione con ΔG>0 può farla avvenire.

Tuttavia la reazione non è completamente esoergonica, ho bisogna di un dispendio di

energia. Si attacca alla reazione successiva, tappa 7

NB

La caratteristica del coenzima NADH è di trasportare gli elettroni, ma di non essere

legato covalentemente; non è un gruppo prostetico, a differenza del FAD che è sempre

legato covalentemente all'enzima. Questo ha un'importanza quando dovremo rigenerarlo

alla fine della reazione.

7° TAPPA – Trasferimento del gruppo fosforico dall' 1,3-BFG all'ADP

E' reversibile

E' catalizzata dalla fosfoglicerato chinasi

L' 1,3-bifosfoglicerato cede il suo gruppo fosfato all'ADP per dare ATP e 3-

fosfoglicerato.

Questa reazione è una fosforilazione del substrato: 1,3-BPG è un componente ad alta

energia, più dell'ATP quindi cedo un gruppo fosfato ad ADP e formo le prime due ATP

(2 perchè tutto ciò che si spende e si guadagna è doppio, causa isomerizzazione).

La tappa 6 è resa possibile perchè accoppiata alla 7

Tappa 6 ΔG = +6,3 kJ/mol

Tappa 7 ΔG = -18,5 kJ/mol

TOT ΔG = -12,2 kJ/mol

L'intermedio comune è 1,3-BPG: ciò rende le reazioni termodinamicamente favorevoli e

il flusso può continuare verso la formazione di piruvato.

8° TAPPA – Conversione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato

E' reversibile

Il gruppo fosfato si sposta dalla posizione 3 alla posizione 2.

E' catalizzata dalla fosfoglicerato mutasi: nel sito dell'enzima, c'è residuo di istidina che è

stato fosforilato. Arriva 3PG (3-Fosfoglicerato) e un gruppo fosfato viene trasferito in

posizione 2; in questo modo si forma il complesso 2,3-BPG enzima. Il complesso 2,3-

BPG enzima cede poi il gruppo fosfato del C3 e si forma il complesso 2PG-fosfoenzima

che poi viene eliminato dall'enzima.

Quindi il trasferimento avviene per scambio di un gruppo fosfato con l'enzima, non c'è

consumo di energia. Lo spostamento del gruppo fosfato è importante per la tappa

successiva 4

9° TAPPA – Deidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato (PEP)

E' reversibile

Processo di deidratazione in cui è tolta una molecola d'acqua e si forma un doppio

legame. Ottengo il fosfoenolpiruvato (PEP).

È catalizzata dalla fosfopiruvato idratasi (o dall'enolasi?)

PEP, come 3PG, è un composto ad alta energia (più dell'ATP) che può cedere ad ADP il

gruppo fosfato.

10° TAPPA – Trasferimento del gruppo fosforico da PEP all' ADP

E' irreversibile

Il PEP cede un gruppo fosfato ad ADP per formare ATP e piruvato.

È catalizzata dalla piruvato chinasi.

La formazione di piruvato avviene per stabilizzazione tramite tautomerizzazione: è il

riarrangiamento del piruvato dalla forma enolica a quella chetonica. Essa è importante

perchè avviene con un salto di energia.

Anche qui ho fosforilazione a livello del substrato, con la formazione di due molecole di

ATP in una reazione metabolica.

Il ΔG è -46 kJ/mol, ciò significa che nel piruvato rimane intrappolata energia destino

→

del piruvato.

CONTO: + +

Glucosio + 2ATP + 2NAD + 2ADP + 2Pi 2Piruvato + 2NADH + 2H + 2ATP +

→

2H O

2 DESTINI DEL PIRUVATO

Il piruvato può subire tre destini diversi a seconda di presenza di O , ultimo accettori di

2

elettroni portati dal coenzima.

⦁ Aerobiosi (Ciclo di Krebs + catena respiratoria) NADH cede elettroni a O e si

→ 2

+ +

riossida a NAD . E' importante perchè il NAD serve nella glicolisi (ossida aldeide ad

+

acido carbossilico, gli elettroni dati a NAD ). Il NADH porta gli elettroni alla catena

+

respiratoria e NAD torna disponibile nel citosol.

⦁ +

Anaerobiosi (muscolo sotto sforzo) il NAD viene rigenerato dalla riduzione del

→

piruvato a lattato.

⦁ Organismi in condizioni di anaerobiosi fermentazione alcolica

→

CONTROLLO DELLA VIA GLICOLITICA

Le reazioni irreversibili sono quelle per cui i reagenti sono lontani dall'equilibrio, perchè

l'enzima è troppo lontano. Il substrato non riesce a raggiungere l'equilibrio con il

prodotto. L'unico modo per modificare la velocità è il controllo.

Esse sono tappe importanti; di solito nel metabolismo la prima tappa,che è sempre

5

irreversibile, determina il destino di quella molecola. Nella glicolisi non è così: pur

essendo la prima tappa irreversibile e controllata, non è la tappa di controllo del flusso

metabolico.

Ciò è dovuto dal fatto che il glucosio può subire destini diversi a seconda delle esigenze

cellulari:

⦁ deposito sotto forma di glicogeno

⦁ sintesi di matrice e polisaccaridi della parete cellulare

⦁ ciclo dei pentosi (→ forma ribosio-5-fosfato)

⦁ ossidazione tramite glicolisi a piruvato

1° REAZIONE

E' catalizzata dall'esochinasi, una classe di enzimi molto ampia. Le più importante per noi

sono l'esochinasi I e l'esochinasi IV

ESOCHINASI I ESOCHINASI IV

LOCALIZZAZIONE Presente in tutti i tessuti Presente solo a livello epatico

CARATT. CINETICHE A bassissime concentrazioni di Ha Km maggiore, quindi bassa

glucosio è velocissima. Km affinità per glucosio.

bassa, quindi alta affinità per il

glucosio.

FUNZIONI Fornisce l'energia necessaria a Interviene nel fegato utilizzando

cervello e muscoli glucosio 6-fosfato per

aggiustare la glicemia.

REGOLAZIONE Viene inibita con feedback È attivata e disattivata da una

negativo: più il prodotto proteina regolatrice: èuna

aumenta e più aumenta il proteina nucleare di legame che

controllo negativo nel senso che attrae l’esochinasi IV nel nucleo

rallenta la velocità dell'enzima. quando la concentrazione del

fruttosio-6-fosfato nel fegato è

elevata,e la rilascia nel citosol

quando la concentrazione del

glucosio è alta.

3° REAZIONE

La terza reazione della glicolisi viene modificata allostericamente o attraverso controllo

ormonale. Essa è una tappa di controllo in quanto indirizza il glucosio verso il suo destino

glicolitico.

La fosfofruttochinasi-1 (PFK-1) catalizza la reazione per formare fruttosio 1,6-BP da

fruttosio 6-P.

La reazione è fortemente controllata perchè è importante la velocità.

Allosterici negativi

⦁ ATP Una elevata concentrazione di ATP inibisce l'enzima diminuendo la sua affinità

→

per il fruttosio-6-fosfato 6

Allosterici positivi:

⦁ AMP Una elevata concentrazione di AMP rimuove l'inibizione esercitata da ATP

→

Muscolo

Usa la glicolisi per formare ATP, quindi il controllo si basa su sensori energetici:

⦁ quando l'ATP è bassa la velocità aumenta

⦁ quando l'ATP è alta inibisce l'enzima PFK2 (controllo di tipo allosterico)

L'ATP è un allosterico negativo, mentre l'AMP è allosterico positivo.

Vi è anche un altro inibitore che è la concentrazione di energia ionica (concentrazione di

+

ioni H ). Quando il muscolo è sotto sforzo il piruvato viene ridotto a lattato. In questa

+ +

reazione vengono prodotti H . L'aumento di H fa iniziare la glicolisi per produrre ATP

Fegato

La PFK1 nel fegato è inibita dal citrato, un intermedio del ciclo dell’acido citrico. Un

elevato livello di citrato nel citosol segnala che i precursori biosintetici sono abbondanti,

e che non è più necessario degradare il glucosio per produrne ancora. Il citrato inibisce la

PFK1 incrementando l’effetto inibitorio dell’ATP. La PFK1 è attivata allostericamente

dal fruttosio 2,6-bifosfato (è un allosterico positivo).

PFK1 è un enzima tandem con il sito cinosico e fosfatasico. Il fegato non sente i segnali

di ATP e AMP (quelli energetici) ma sente quelli glicemici, grazie all'arrivo di due

ormoni: il glucagone e l'insulina. In risposta agli ormoni si attivano due siti diversi, sito

cinasico e fosfatasico.

Ipoglicemia

Il glucagone stimola il recettore a 7 eliche transmembrana accoppiato alla proteina Gs:

essa scambia GDP con GTP formando AMP ciclico. La proteina cinasi si attiva ( il

segnale sul substrato enzimatico è una fosforilazione) e il glucagone fosforila la PFK2. La

conseguenza della fosforilazione è che inibisce il suo sito cinasico e si attiva il sito

fosfatasico. Il sito fosfatasico taglia il fosfato e così il fruttosio 2,6-bifosfato diventa

fruttosio-6-fosfato. La concentrazione di fruttosio-2,6-bifosfato ha per lo più controllo

allosterico positivo la velocità della glicolisi diminusice.

→

Iperglicemia

L'insulina defosforila la PFK2. In questo modo inibisce il sito fosfatasico e attiva il sito

cinasico. Aumenta l'attività cinasica e si passa da fruttosio 6-fosfato a fruttosio 2,6-

bifosfato quindi aumenta controllo allosterico positivo della glicoli