Riassunto biochimica

Biochimica della glicolisi

Una molecola di glucosio viene degradata, mediante una serie di reazioni catalizzate da enzimi, producendo 2 molecole di un composto a 3 atomi di carbonio. La glicolisi avviene nel citosol, durante la reazione parte dell’energia del glucosio viene recuperata sotto forma di ATP e NADH. Il glucosio è un monosaccaride aldeidico quindi un carboidrato. La glicolisi si divide in 2 fasi:

• Fase preparatoria
• Fase di recupero energetico

Fase preparatoria

1) Glucosio → glucosio 6 fosfato
La molecola di glucosio viene fosforilata tramite l’enzima esochinasi, qui viene utilizzata 1 molecola di ATP, questa è una reazione irreversibile.

2) Glucosio 6 fosfato → fruttosio 6 fosfato
Avviene l’isomerizzazione tramite l’enzima fosfoglucoisomerasi, cioè si passa da un glucide aldoso a uno chetoso.

3) Fruttosio 6 fosfato → fruttosio 1,6 bisfosfato
Avviene la fosforilazione, qui un gruppo fosforico viene trasferito dall’ATP al fruttosio 6 fosfato grazie all’enzima fosfofruttochinasi, quindi viene utilizzata 1 molecola di ATP.

4) Fruttosio 1,6 fosfato → gliceraldeide 3 fosfato + diidrossiacetonfosfato
Qui viene scisso il fruttosio in due triosi fosforilati: gliceraldeide e diidrossiacetone grazie all’enzima aldolasi.

5) Diidrossiacetonfosfato → gliceraldeide 3 fosfato
Viene rapidamente e reversibilmente convertito in gliceraldeide dall’enzima triosio fosfato isomerasi perché è l’unico che può essere direttamente degradato nelle tappe successive.

Fase di recupero energetico

6) Gliceraldeide 3 fosfato → 1,3 bisfosfoglicerato
La prima tappa della fase di recupero energetico per cui viene ossidata mediante l’enzima gliceraldeide 3 fosfato deidrogenasi, vengono create 2 molecole di NADH e due ioni H⁺.

7) 1,3 bisfosfoglicerato → 3 fosfoglicerato
Qui mediante l’enzima fosfoglicerato chinasi il gruppo fosforico viene trasferito dal 1,3 bisfosfoglicerato all'ADP per formare molecole di ATP e 3 fosfoglicerato.

8) 3 fosfoglicerato → 2 fosfoglicerato
Grazie all’enzima fosfoglicerato mutasi avviene lo scambio del gruppo fosforilico tra C2 e C3 del glicerato e viene richiesto Mg²⁺.

9) 2 fosfoglicerato → fosfoenolpiruvato
Grazie all’enzima enolasi una molecola d’acqua viene rimossa per generare fosfoenolpiruvato.

10) Fosfoenolpiruvato → piruvato
Un gruppo fosforico viene trasferito all’ADP per formare ATP e piruvato mediante l’enzima piruvato chinasi.

Bilancio complessivo

+2 piruvato, 2 NADH, 2 H⁺, 2 ATP, 2 H₂O

La glicolisi è strettamente regolata da:

• Glucagone
• Adrenalina
• Insulina

Destino del piruvato

Condizioni aerobiche

Il piruvato viene ossidato ad acetato che entra nel ciclo dell’acido citrico per essere ossidato ad anidride carbonica e acqua. Il NADH precedentemente formatosi per deidrogenasi nella reazione 6 della glicolisi viene riossidato a NAD⁺ e gli elettroni vengono trasferiti all’ossigeno attraverso la respirazione cellulare.

Condizioni anaerobiche

Il NADH non può essere riossidato dall’ossigeno, quindi non si crea NAD⁺ quindi la glicolisi non avviene e neanche i processi che richiedono energia possono avvenire. Quindi per rigenerare il NAD⁺ entra in gioco la fermentazione che è di 2 tipi:

• Fermentazione lattica
• Fermentazione alcolica

Fermentazione lattica

Consiste nella riduzione del piruvato in lattato:

Piruvato → lattato
L’enzima che agisce è la lattato deidrogenasi. Con questa riduzione viene trasformato il NADH in NAD⁺ precisamente 2 NADH in 2 NAD⁺ equiparando la richiesta del NAD⁺ per la glicolisi. Con il termine fermentazione si intende ogni processo in cui viene estratta energia senza il consumo di ossigeno.

Fermentazione alcolica

Qui il piruvato viene convertito in CO₂ ed etanolo in un processo in 2 fasi:

1. Il piruvato viene decarbossilato dalla piruvato decarbossilasi, che richiede Mg²⁺, in acetaldeide e formando CO₂
2. L’acetaldeide viene ridotta ad etanolo dall’alcool deidrogenasi con l’utilizzo di NADH che viene ossidato a NAD⁺

Piruvato → acetaldeide → etanolo

Gluconeogenesi

Cioè la formazione di glucosio da precursori non saccaridi come il piruvato. Questa via metabolica è percorsa al contrario rispetto alla glicolisi, differendo per 3 reazioni:

1. Glucosio → glucosio 6 fosfato
2. Fruttosio 1,6 fosfato → fruttosio 1,6 bisfosfato
3. Fosfoenolpiruvato → piruvato

Il modo di aggirare queste 3 reazioni è stato quello di utilizzare enzimi diversi:

1. Glucosio 6 fosfato → glucosio (glucosio 6 fosfatasi)
2. Fruttosio 1,6 bisfosfato → fruttosio 6 fosfato (fruttosio 1,6 bisfosfatasi)
3. Piruvato → ossalacetato → fosfoenolpiruvato (piruvato carbossilasi, fosfoenolpiruvato carbossichinasi)

Prima deviazione

Nella gluconeogenesi il piruvato viene trasferito dal citosol ai mitocondri. Nei mitocondri agisce un enzima, la piruvato carbossilasi con il coenzima biotina, che insieme convertono il piruvato in ossalacetato:

Piruvato → ossalacetato
Oltre alla biotina viene utilizzato anche acetil-CoA come effettore allosterico positivo. L’ossalacetato per attraversare la membrana mitocondriale deve essere ridotto a malato dall’enzima malato deidrogenasi e del NADH:

Ossalacetato → malato
Uscito dalla membrana e ritrovatosi nel citosol il malato viene riossidato ad ossalacetato producendo NADH:

Malato → ossalacetato
L’ossalacetato viene convertito in fosfoenolpiruvato dall’enzima fosfoenolpiruvato carbossichinasi che richiede Mg²⁺ e GTP come donatore del gruppo fosforico creando CO₂:

Ossalacetato → fosfoenolpiruvato

Seconda deviazione

Avviene quando il fruttosio 1,6 bisfosfato diventa fruttosio 6 fosfato grazie all’enzima fruttosio 1,6 bisfosfatasi che idrolizza il fruttosio 1,6 bisfosfato:

Fruttosio 1,6 bisfosfato → fruttosio 6 fosfato

Terza deviazione

Avviene quando il glucosio 6 fosfato viene desforilato a glucosio grazie all’enzima glucosio 6 fosfatasi:

Glucosio 6 fosfato → glucosio

Bilancio energetico della gluconeogenesi

2 piruvato, 4 ATP, 2 GTP, 2 NADH, 2 H⁺, 4 H₂O → glucosio, 4 ADP, 2 GDP, 6 Pi, 2 NAD⁺
La gluconeogenesi è molto dispendiosa a partire dal piruvato.

Via del pentosio fosfato

È un processo parallelo alla glicolisi che genera NADPH e zuccheri a 5 atomi di carbonio, cioè pentosi. È una via alternativa per i batteri che non possiedono l’enzima aldolasi e che non riescono a proseguire nella glicolisi. È composta da 2 fasi:

Fase ossidativa

Partendo dal glucosio 6 fosfato si giunge al 6 fosfogluconolattone grazie all’enzima glucosio 6 fosfato deidrogenasi:

Glucosio 6 fosfato → 6 fosfogluconolattone
Qua viene utilizzata una molecola di NADP⁺ per produrre NADPH (H⁺), dopodiché il 6 fosfogluconolattone viene idrolizzato dall’enzima lattonasi in 6 fosfogluconato libero:

6 fosfogluconolattone → 6 fosfogluconato
Il 6 fosfogluconato va incontro ad una decarbossilazione ossidativa grazie all’enzima 6 fosfogluconato deidrogenasi, formando il ribulosio 5 fosfato:

6 fosfogluconato → ribulosio 5 fosfato
Qua si forma una seconda molecola di NADPH (+H⁺)(+CO₂) con l’utilizzo del NADP⁺. Il ribulosio 5 fosfato viene convertito in ribosio 5 fosfato grazie alla fosfopentosio isomerasi:

Ribulosio 5 fosfato → ribosio 5 fosfato

Bilancio fase ossidativa

Ribosio 5 fosfato, 2 NADPH, CO₂, 2 H⁺

Fase non ossidativa

In cui i pentosi fosfati prodotti nella fase ossidativa vengono convertiti in intermedi della glicolisi.