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La glicolisi

Appunti di biochimica con descrizione dettagliata delle reazioni della glicolisi; destini del piruvato; controllo della via glicolitica. Appunti basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Calonghi dell’università degli Studi di Bologna - Unibo. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Biochimica docente Prof. N. Calonghi

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GLICOLISI

La glicolisi appartiene, insieme al metabolismo amminoacidico e a quello degli acidi

grassi, alle vie cataboliche (cioè che portano alla degradazione degli elementi e

producono energia)

La glicolisi si verifica nel citosol. Si compone di 10 tappe delle quali 3 sono irreversibili:

la prima, la terza e l'ultima.

Una tappa irreversibile è quella in cui ΔG < 0, va solo in una direzione e libera energia

(reazione esoergonica). L'unico modo per variare la velocità della reazione è agire con un

meccanismo di controllo che può essere allosterico o covalente.

Una reazione reversibile invece può andare in entrambe le direzioni. La velocità viene

modificata dalla concentrazione dei reagenti e ΔG è vicina allo zero.

La glicolisi si divide in due fasi:

⦁ FASE PREPARATORIA: in questa fase si consuma ATP. Il glucosio viene fosforilato a

glucosio-6-fosfato; viene poi trasformato in fruttosio-6-fosfato per essere poi di nuovo

fosforilato a fruttosio-1,6-bifosfato e poi scisso in due composti a tre atomi di C:

diidroacetone fosfato e gliceraldeide 3-fosfato.

⦁ FASE DI RECUPERO ENERGETICO: in questa fase si produce ATP. Man mano che

la gliceraldeide è metabolizzata l'idrossiacetone isomerizza a gliceraldeide; da questo

momento quindi, tutto ciò che spendo e guadagno è doppio. La gliceraldeide viene

ossidata e forsforilata a 1,3-bifosfoglicerato che viene poi convertito in piruvato.

RECUPERO DI ENERGIA

L'energia è recuperata sotto forma di ATP ma è conservata anche sotto forma di coenzimi

ridotti, nella struttura del NADH (enzima ridotto in reazione di ossidazione). Ciò è

importante perchè gli elettroni che sono stati catturati lì verranno convogliati in un flusso

(in condizioni di areobiosi) che finirà sulla catena respiratoria. Gli elettroni vengono

+

ceduti dal NADH, che si riossida a NAD e il trasporto di elettroni lungo la catena fino

all'O genera l'energia sufficiente a sintetizzare ATP. La maggior parte di ATP è

2

sintetizzata alla fine della catena, ma si può formare anche durante la glicolisi.

La glicolisi è un processo essenzialmente esoergonico: ΔG = -85 kJ/mol

⦁ La conversione di glucosio in piruvato è una reazione esoergonica: ΔG = -146 kJ/mol

+ +

Glucosio + 2NAD + 2ADP + 2Pi 2piruvato + 2NADH + 2H + 2ATP + 2H O

→ 2

⦁ La sintesi dell'ATP è una reazione endoergonica: ΔG = 61 kJ/mol

2ADP + 2Pi 2ATP + 2H O

→ 2

FASE DI PREPARAZIONE

1° TAPPA – Fosforilazione del glucosio

E' irreversibile. Non è una tappa di controllo 1

Il glucosio viene fosforilato a glucosio 6-fosfato. È una reazione esoergonica ( ΔG <0)

E' catalizzata dall'esochinasi, un enzima che trasferisce un gruppo fosfato dall'ATP ad un

substrato. 2+

L'esochinasi ha bisogno per la sua attività catalitica di ioni Mg che proteggone le

cariche negative dei gruppi fosforici dell'ATP, rendendo l'atomo di P terminale un

bersaglio più accessibile all'attacco di un -OH del glucosio.

2° TAPPA – Conversione del glucosio 6-fosfato in fruttosio 6-fosfato

E' reversibile.

Il glucosio-6-fosfato isomerizza a fruttosio-6-fosfato: si verifica un riarrangiamento tra il

C1 e il C2 in modo da ottenere una conformazione furanosica (premessa necessaria alle

due tappe successive).

ISOMERIZZAZIONE

E' catalizzata dell'enzima Fosfoglucoisomerasi:

La prima reazione è l'apertura dell'anello. Nel sito dell'enzima vi è un residuo di

Glutammato, che sottrae un protone. Ciò causa la rottura del legame C-H e la formazione

del legame tra C1 e C2. Entra un altro protone e si forma l'intermedio cis-enediolo.

NB: L'attacco del Glutammato serve per bloccare l'esoso nel sito. La catalisi acida serve

per convertire il C1 in C2 nel senso che il C2 diventa gruppo carbonilico, ho un chetone.

3° TAPPA – Fosforilazione del fruttosio 6-fosfato a fruttosio 1,6-bifosfato

E' irreversibile.

Tappa di controllo il fruttosio 1,6-bifosfato è un intermedio caratteristico della

glicolisi.

Il fruttosio 6-fosfato è fosforilato a fruttosio-1,6-bifosfato.

È catalizzata dalla fosfofruttochinasi-1 (PFK-1)

4° TAPPA – Scissione del fruttosio 1,6-bifosfato

E' reversibile.

Il fruttosio 1,6-bifosfato si rompe in due prodotti a 3 atomi di C fosforilati:

diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide 3-fosfato.

È catalizzata dall'aldolasi: nel suo sito attivo ci sono due residui amminoacidici

-

importanti: una lisina (che finisce con NH ) e un aspartame (che ha un COO ) quindi ha

2

carica negativa (ha un gruppo carbossilato sarebbe COOH ma siamo in soluzione,

l'acido è sotto forma di COO- e H+). Grazie alla carica negativa partecipa alla reazione

sfruttando le strutture chimiche mediante interazioni di tipo elettrostatico.

MECCANISMO

Formazione del complesso enzima-substrato: l'NH2 attacca il gruppo C=O e forma una

+

base di Schiff protonata ( C=NH -(CH ) - ). Lo scopo è tenere legato nel sito il fruttosio.

2 4

Il residuo dell'aspartato stabilizza l'H in posizione 4.

Si ha un raggruppamento che porta alla rottura del legame C3-C4 e viene liberato il primo

prodotto: la gliceraldeide 3-fosfato (l'energia viene data dall'interazione con aspartato)

2

Sempre coordinato da aspartato, si ha la formazione di una nuova base di Schiff protonata

con il prodotto, non con il substrato. Si ha la rottura del legame con la liberazione del

Diidrossiacetone-P.

Qui finisce la fase preparatoria in cui ho consumato 2 ATP e ho ottenuto due molecole a

tre atomi di C fosforilate. FASE DI RECUPERO

Non si modificano più il numero di atomi di C, ma andiamo incontro a una serie di

reazioni per ottenere energia.

5° TAPPA – Interconversione dei triosi fosfato

E' reversibile.

Il diidrossiacetone fosfato viene convertito in gliceralderide 3-fosfato.

In questo modo il flusso metabolico viene spostato verso la parte finale poichè man mano

che la glicerladeide viene consumata l'idrossiacetone diventa glicerladeide. Tutto ciò che

usiamo e produciamo da questo momento è doppio.

È catalizzata dalla triosio fosfato isomerasi.

6° TAPPA – Ossidazione della gliceraldeide 3-fosfato a 1,3-bifosfoglicerato

E' reversibile.

E' una reazione di ossidoriduzione associata a una fosforilazione: la gliceraldeide 3-

fosfato (GAP) è ossidata e contemporaneamente fosforilata a 1,3-bifsfoglicerato (1,3-

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


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9 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Biochimica
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche (ordinamento U.E. - a ciclo unico) (magistrale europea)
SSD:
Università: Bologna - Unibo
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher _Cice_ di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bologna - Unibo o del prof Calonghi Natalia.

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