La glicolisi

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 e 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.

Le fasi della glicolisi

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 fosforilata 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 perché gli elettroni che sono stati catturati lì verranno convogliati in un flusso (in condizioni di aerobiosi) 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'O₂ genera l'energia sufficiente a sintetizzare ATP. La maggior parte di ATP è 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 + 2H₂O
• La sintesi dell'ATP è una reazione endoergonica: ΔG = 61 kJ/mol
• 2ADP + 2Pi → 2ATP + 2H₂O

Fase di preparazione

1° tappa – Fosforilazione del glucosio

È irreversibile. Non è una tappa di controllo. Il glucosio viene fosforilato a glucosio 6-fosfato. È una reazione esoergonica (ΔG < 0). È catalizzata dall'esochinasi, un enzima che trasferisce un gruppo fosfato dall'ATP ad un substrato. L'esochinasi ha bisogno per la sua attività catalitica di ioni Mg²⁺ che proteggono 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

È 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

È catalizzata dall'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

È 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

È reversibile. Il fruttosio 1,6-bifosfato si rompe in due prodotti a 3 atomi di C fosforilati: diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide 3-fosfato.