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La glicolisi
Introduzione
• Una via metabolica molto antica (il nome, dove avviene e perché)
• Glucosio + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
• Universale• Specifica di alcuni organismi e di alcuni tessuti• Classica via catabolica, ma alcuni suoi intermedi
partecipano ad altre vie metaboliche
METABOLISMOMETABOLISMO CELLULARECELLULARE
METABOLISMO CENTRALE DEL CARBONIO METABOLISMO CENTRALE DEL CARBONIO
Glicolisi Metabolismo ossidativo Gluconeogenesi
10 reazioni
2 FASI:
fase preparatoria, reazioni 1-5
fase del recupero dell’energia, reazioni 6-10
O2
Krebs
METABOLISMO GLUCIDICOMETABOLISMO GLUCIDICO
I prodotti finali della digestione dei carboidrati nel tubo
digerente sono quasi esclusivamente glucosio, fruttosio e
galattosio tra i quali il primo rappresenta circa l’80%.
Dopo l’assorbimento intestinale quasi tutto il galattosio e
buona parte del fruttosio è trasformato in glucosio.
Più del 95% dei monosaccaridi presenti nel sangue sono
rappresentati dal glucosio.
METABOLISMO GLUCIDICOMETABOLISMO GLUCIDICO
Il glucosio, con peso molecolare di 180, non potrebbe attraversare le membrane cellulari (max 100), ma penetra comunque tramite diffusione facilitata, secondo un gradiente di concentrazione e utilizzando diversi carriers come trasportatori. Non c’è quindi in questo caso accoppiamento con il sodio e dispendio quindi energetico. Solo nelle cellule epatiche e cerebrali il glucosio entra in quantità sufficiente al fabbisogno, nelle altre è la presenza di insulina a permetterne un ingresso quantitativamente utile.
LA RESPIRAZIONE CELLULARELA RESPIRAZIONE CELLULARE La respirazione è un processo di ossidoriduzione nel quale i
riducentiriducenti sono molecole organiche altamente ridotte e ricche di
energia e gli ossidantiossidanti sono molecole inorganiche come OO22
Il glucosioglucosio è il principale combustibile per la maggior parte degli organismi.
Il bilancio generale della respirazione può essere riassunto dall'equazione:
C6H12O6 + 6 O2 = 6 H2O + 6 CO2 con G = -686 kcal/mole di
glucosio
La respirazione avviene in tre stadi principali (stadi della stadi della
respirazione cellularerespirazione cellulare); diverse sono anche, per i tre stadi, le
sedi della respirazionesedi della respirazione.Il primo stadio, detto glicolisiglicolisi, avviene in tutti gli organismitutti gli organismi ed è indifferente alla presenza di ossigeno.
La Glicolisi, detta anche via Embden-Meyerhof (Warburg), è il meccanismo più importante di liberazione di energia dal glucosio.
Nelle cellule eucariotiche avviene nel CITOPLASMA. CITOPLASMA.
Consiste nella scissione di una molecola di glucosio in 2 molecole di acido piruvico (piruvato) con la contemporanea produzione di 4 molecole di ATP, ma una resa netta finale di 2 molecole di ATP.
Glucosio + 2ADP + 2NAD+ + 2Pi --> 2 Piruvato + 2ATP + 2 NADH Glucosio + 2ADP + 2NAD+ + 2Pi --> 2 Piruvato + 2ATP + 2 NADH
+ 2H++ 2H+
LA GLICOLISILA GLICOLISI
Il processo consiste nella sequenza di 10 reazioni catalizzate da altrettanti enzimi, per ciascuno dei quali il substrato è costituito dal prodotto della reazione precedente. Gli enzimi sono localizzati nel citoplasma, dove sono trattenuti perché in forma fosforilata impermeabile alla membrana, i metaboliti intermedi. PRODOTTI: PRODOTTI: piruvato, ATP, NADH piruvato, ATP, NADH
Il piruvato ha generalmente tre destini diversi
Destino del Destino del piruvatopiruvatoPer gli organismi anaerobicianaerobici la glicolisi costituisce il processo energetico fondamentale, il piruvato viene trasformato in acido acido
lattico o alcool etilico lattico o alcool etilico
Per gli organismi aerobiciaerobici la glicolisi costituisce la fase anaerobica citoplasmatica preliminare alla fase aerobica aerobica
mitocondrialemitocondriale in cui l’acido piruvico viene ossidato in COCO22
e He H22O O con la produzione della maggior quota di energia Anche per gli organismi organismi
aerobiaerobi in assenza di ossigenoassenza di ossigeno la glicolisi rappresenta il solo processo di utilizzazione del glucosio prodotto terminale
acido latticoacido lattico
Affinché la glicolisi avvenga il glucosio deve entrare nella
cellula
Al contrario Al contrario il glucosio entra liberamente nelle cellule del il glucosio entra liberamente nelle cellule del
Fegato e PancreasFegato e Pancreas ed in esse la sua concentrazione è ed in esse la sua concentrazione è
simile a quella ematica.simile a quella ematica.
Nella maggior parte delle cellule di mammifero, la Nella maggior parte delle cellule di mammifero, la
concentrazione di glucosio è controllata da concentrazione di glucosio è controllata da
TRASPORTATORI DI MEMBRANATRASPORTATORI DI MEMBRANA
soggetti a regolazione (soggetti a regolazione (IInsulina per nsulina per MMiociti, iociti, AAdipociti e dipociti e
NNeuroni) ed è inferiore alla sua concentrazione ematica euroni) ed è inferiore alla sua concentrazione ematica
5mM (80-130 mg/100ml)5mM (80-130 mg/100ml)
Trasportatore di glucosio nei mammiferiTrasportatore di glucosio nei mammiferi
I trasportatori di glucosio sono membri di una superfamiglia di I trasportatori di glucosio sono membri di una superfamiglia di
trasportatori detta superfamiglia deitrasportatori detta superfamiglia dei facilitatori maggiori facilitatori maggiori (MF),(MF), che che
trasportano zuccheri in organismi molto diversi, come trasportano zuccheri in organismi molto diversi, come Escherichia Escherichia
coli, Trypanosoma bruceicoli, Trypanosoma brucei (che causa la Tripanosomiasi africana o (che causa la Tripanosomiasi africana o
malattia del sonno africana) e la malattia del sonno africana) e la specie umanaspecie umana. .
La famiglia dei trasportatori di glucosioLa famiglia dei trasportatori di glucosio
NomeNome Localizzazione cellulareLocalizzazione cellulare KmKm CommentiCommenti
GLUT1GLUT1 Tutti i tessuti dei mammiferiTutti i tessuti dei mammiferi 1mM1mM Captazione basale del glucosioCaptazione basale del glucosio
GLUT2GLUT2 Fegato e cellule Fegato e cellule del pancreas del pancreas 15-20 mM15-20 mM Nel Pancreas svolge un ruolo di regolazioneNel Pancreas svolge un ruolo di regolazione
dell’insulinadell’insulina
Nel Fegato rimuove dal sangue il glucosio in Nel Fegato rimuove dal sangue il glucosio in
eccessoeccesso
GLUT3GLUT3 Tutti i tessuti dei mammiferiTutti i tessuti dei mammiferi 5 mM5 mM La quantità presente nelle membrane La quantità presente nelle membrane plasmatiche plasmatiche
delle cellule muscolari aumenta in risposta delle cellule muscolari aumenta in risposta
all’esercizio fisico protrattoall’esercizio fisico protratto
GLUT5GLUT5 Intestino tenueIntestino tenue 1mM1mM Captazione basale del glucosio Captazione basale del glucosio
GLUT4GLUT4 Tessuto muscolare e cellule adipose Tessuto muscolare e cellule adipose ------ Principalmente un trasportatore di Fruttosio Principalmente un trasportatore di Fruttosio
La GlicolisiLa Glicolisi
Stadio 1
Stadio 2
Stadio 3
LE TAPPE DELLA GLICOLISILE TAPPE DELLA GLICOLISI
STEP 1: Fosforilazione del glucosio STEP 1: Fosforilazione del glucosio
Il glucosio-6-P (G6P) può tuttavia formarsi anche dal glucosio-1-P prodotto di degradazione del glicogeno
ESOCHINASIESOCHINASIG < 0G < 0
G’°=G’°= -16,7 KJ/mol-16,7 KJ/mol
Esocinasi
Mg++
ΔG'°=-16,7 kJ/moleΔG=-33,4 kJ/mole
Conformazione inattivaConformazione inattiva
L’esochinasi mostra L’esochinasi mostra
proprietà che cambiano con proprietà che cambiano con
il legame del substrato il legame del substrato
((induced fitinduced fit ): il legame del ): il legame del
glucosio al sito attivo causa glucosio al sito attivo causa
variazioni conformazionali.variazioni conformazionali.
Conformazione attivaConformazione attiva
E’ inibita E’ inibita allostericamenteallostericamente
dal suo prodotto glucoso-6-Pdal suo prodotto glucoso-6-P
Se il gluc-6P non viene consumato Se il gluc-6P non viene consumato
con la stessa velocità con cui è prodotto, con la stessa velocità con cui è prodotto,
inibisce l'esochinasi fino a quando l'eccesso non sia consumatoinibisce l'esochinasi fino a quando l'eccesso non sia consumato
glucosoglucoso
Esochinasi è presente in tutte le cellule
Glucochinasi è presente nel fegato
Attraverso la Attraverso la fosforilazione fosforilazione il glucosio si il glucosio si mantiene mantiene all’interno all’interno della cellula della cellula non riuscendo non riuscendo ad ad oltrepassare oltrepassare la membrana la membrana citoplasmaticacitoplasmatica
STEP 2: Isomerizzazione del glucosio6P in STEP 2: Isomerizzazione del glucosio6P in fruttosio6P fruttosio6P
Fosfoglucosio Fosfoglucosio isomerasiisomerasi
E’ una reazione di E’ una reazione di
isomerizzazioneisomerizzazione
reversibilereversibile
L’isomerizzazione attiva L’isomerizzazione attiva il C-3 per la scissione il C-3 per la scissione nella successiva nella successiva reazione catalizzata reazione catalizzata dall’aldolasidall’aldolasi
G’°= 1,7 KJ/mol
Fosfoglucoso isomerasi
ΔG'°=+1,7 kJ/moleΔG=-2,5 kJ/mole
Go’ = -14,2 kJ/molReazione irreversibile
STEP 3: Fosforilazione del fruttosio-6-P STEP 3: Fosforilazione del fruttosio-6-P
Fosfofruttochinasi 1Fosfofruttochinasi 1
Fosfofruttocinasi 1
Mg++
ΔG'°=-14,2 kJ/moleΔG=-22,2 kJ/mole
FOSFOFRUTTOCHINASI (PFK)FOSFOFRUTTOCHINASI (PFK)
Enzima oligomerico formato da 4 protomeri, a loro volta costituiti da varie subunità
Regolazione allosterica dell’attività enzimatica Regolazione allosterica dell’attività enzimatica della PFKdella PFK FOSFO FRUTTOCHINASI
ATP Citrato
- Fruttosio 2,6 bifosfato
Fruttosio 1,6 bifosfato
+AMPADP
+
PiPFK l’attività quando lo stato energetico è basso
PFK l’attività quando lo stato energetico è ALTO
Due subunitàdel tetramero
ADP
Fru 1,6-bisphoaphate
FOSFOFRUTTOCHINASI (PFK)FOSFOFRUTTOCHINASI (PFK)
Per la molteplicità degli effettori chimici l’enzima è denominato: enzima allosterico plurivalenteenzima allosterico plurivalente. Infatti il sito allosterico cui si lega il citrato è distinto da quello per ATP, per cui l’effetto dei due effettori è additivo.Nel fegato la fosfofruttochinasi 1 è inibita anche dagli acidi grassi liberi.
Curva di saturazione della PFK in funzione della concentrazione di ATP
Mantenendo [fruttoso 6P] cost. la curva di velocità di sintesi del fruttoso 1,6bifosfato in funzione della concentrazione di ATP mostra un rapido decremento dopo aver raggiunto un valore limite.Quando la [ATP] supera un valore critico si ha INIBIZIONE dell’enzima
FOSFOFRUTTOCHINASI (PFK)FOSFOFRUTTOCHINASI (PFK)
A basse concentrazioni l’ATP si lega al SITO CATALITICO (> affinità) in forma di complesso con Mg2+Ad alte concentrazioni si lega al SITO ALLOSTERICO diminuendo l’attività dell’enzima per il fruttoso 6P (< affinità)
Ad alte concentrazioni di ATP la cinetica della fosfofruttochinasi muta da iperbolica a sigmoidale
A LIVELLO EPATICO A LIVELLO EPATICO il più potente il più potente attivatore della PFK è il fruttosio 2,6-attivatore della PFK è il fruttosio 2,6-bifosfato, la cui azione si manifesta bifosfato, la cui azione si manifesta a concentrazioni basse anche 10 a concentrazioni basse anche 10 volte inferiore agli altri regolatori volte inferiore agli altri regolatori (ATP;AMP,citrato..)(ATP;AMP,citrato..)
DGDGo’ o’ = -23,9 kJ/mol= -23,9 kJ/mol
STEP 4: Demolizione dell’esoso in triosi STEP 4: Demolizione dell’esoso in triosi
La reazione è
reversibile e
all’equilibrio è
favorita la
formazione di
fruttoso 1,6-
bifosfato (89% rispetto all’11%
dei 2 triosi).
Affinché la
reazione possa
procedere da
sinistra a destra
uno dei 2 triosi
deve essere
rapidamente
rimosso.
Aldolasi
ΔG'°=+23,8 kJ/mole ΔG= -1,3 kJ/mole
Condensazione Aldolica Condensazione Aldolica
AldolasiAldolasidella classe 1della classe 1
C6 trasformato in 2 C3 C6 trasformato in 2 C3
(DHAP, Gly-3-P)(DHAP, Gly-3-P)
Le aldolasi degli animali Le aldolasi degli animali
sono della classe Isono della classe I
Queste aldolasi Queste aldolasi
formano basi di Schiff formano basi di Schiff
intermedie legate intermedie legate
covalentemente tra il covalentemente tra il
substrato e una lisina substrato e una lisina
nel sito attivo nel sito attivo
dell’enzimadell’enzima
(chetoso) (aldoso)
4%4%96%96%
STEP 5: Isomerizzazione dei triosofosfati STEP 5: Isomerizzazione dei triosofosfati
Diidrossiacetone fosfato e gliceraldeide 3 fosfato sono interconvertibili, in una reazione di isomerizzazione
Una reazione redox Una reazione redox
intramolecolare con intramolecolare con
meccanismo eno-diolomeccanismo eno-diolo
La reazione procede comunque verso la G3P, in quanto questa ultima viene rimossa molto velocemente dalla reazione successiva.Da 1 molecola di fruttoso1,6 bifosfato, mediante reazioni sequenziali di Aldolasi e triso fosfato isomerasi, si ottengono 2molecole di G3P
Trioso fosfato isomerasiTrioso fosfato isomerasi
L’enzima è costituita da un nucleo centrale di otto - foglietti e otto - elica con regioni di connessione.Questo motivo strutturale, chiamato barile è stato riscontrato anche in uno dei domini della piruvato chinasi
Regioni di connessione
-elica-foglietto
Triosofosfato isomerasi
ΔG'°=+7,5 kJ/moleΔG= + 2,5 kJ/mole
STEP 6: ossidazione della gliceraldeide 3 fosfato STEP 6: ossidazione della gliceraldeide 3 fosfato
Acil fosfato
Legame ad alta energiaLegame ad alta energia tra l’acido fosforico e il gruppo carbossilico legame da anidride mista
Ossidazione (deidrogenazione) seguita da Ossidazione (deidrogenazione) seguita da fosforolisifosforolisi
Go’ = +6,3 kJ/mol
La reazione si dice accoppiata in quanto l’energia derivante dall’ossidazione dell’aldeide viene utilizzata per la formazione del leg.fosfo-anidridico
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi
ΔG'°=+12,6 kJ/moleΔG=-3,4 kJ/mole
La gliceraldeide 3fosfatodeidrogenasi è un tetramero che puo’ legare 4 molecole di NAD+ una per subunità
La sua attività è dipendente dalla integrità di un gruppo –SH in corrispondenza di ogni sito attivo
REAZIONE DI ADDIZIONE (1): il gruppo aldeidico della G3P forma con il gruppo SH dell’enzima un TIOSEMIACETALE che viene ossidato dal NAD+ legato all’enzima formando un TIOESTERE (ricco di en.) (3)
FOSFOROLISI: FOSFOROLISI: Si libera l’acil-fosfato e l’enzima ripristina la sua conformazione iniziale(5)
deidrogenazionedeidrogenazione
fosforolisifosforolisi
Un residuo di cisteina è coinvolto Un residuo di cisteina è coinvolto nella catalisinella catalisi
Struttura della Gliceraldeide 3-fosfato Struttura della Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasideidrogenasi
Il secondo Il secondo dominio lega dominio lega
la la gliceraldeide 3Pgliceraldeide 3P
Il primo Il primo dominio dominio lega il lega il NADNAD++
Il polipeptide si ripiega in Il polipeptide si ripiega in due domini distinti:due domini distinti:
Subunità dell’enzima Gliceraldeide - 3 - fosfato Subunità dell’enzima Gliceraldeide - 3 - fosfato deidrogenasideidrogenasi
Dominio a cui si lega Dominio a cui si lega
la Gliceraldeide - 3 - fosfatola Gliceraldeide - 3 - fosfato
Fosforilazione a livello del substrato
Go’ = -18,9 kJ/mol
STEP 7: 1° Fosforilazione dell’ADPSTEP 7: 1° Fosforilazione dell’ADP
Sebbene l’equilibrio sia termodinamicamente spostato verso dx, la reazione è tuttavia reversibile consentendo la generazione di ATP nel processo glicolitico: tuttavia quando viene richiesta la sintesi del glucoso (gluconeogenesi)ha luogo la formazione del 1-3BPG a spese di ATP
Scambio reversibile di un gruppo fosfato trail C-2 e il C-3 del glicerato
STEP 8: Trasferimento intramolecolare del STEP 8: Trasferimento intramolecolare del radicale fosforicoradicale fosforico
FOSFOGLICERATO FOSFOGLICERATO MUTASIMUTASI
Mg++
Mutasi:Mutasi: enzimi che catalizzano il trasferimento di un raggruppamento da una parte all’altra della molecola che conserva la propria identità
IsomerasiIsomerasi:catalizzano una modificazione di identità del substrato.
Il 2-3 bifosfoglicerato
cede all’enzima il Pi in
posizione 3, formando
2 fosfoglicerato
(reazione 3)
Questo gruppo Pi si
lega
temporaneamente ad
un residuo di istidina
(His) dell’enzima
(generando la forma
attiva dell’enz.) per
essere poi ceduto al 3
fosfoglicerato
( il substrato della
reazione) che si
converte in 2,3
bifosfoglicerato
e così via
FOSFOGLICERATO FOSFOGLICERATO MUTASIMUTASI
Fosfoglicerato cinasi
Mg++
ΔG'°=-37 kJ/moleΔG =+ 2,7 kJ/mole
Il gruppo P scambiato è trasportato temporaneamente da un residuo di His
dell’enzima
Fosfoglicerato mutasi
Mg++
ΔG'°=+8,8 kJ/moleΔG= +1,6 kJ/mole
La fosfogliceromutasi
richiede quantità
catalitiche del 2-3-
bifosfoglicerato
Gli ERITROCITI hanno un
contenuto di 2,3 bifosfoglicerato
(4mM) più elevato delle altre,
perché lo utilizzano non solo
come cofattore nella glicolisi,
ma anche come modulatore
dell’affinità dell’emoglobina per
l’ossigeno.
Per questo ricavano il 2,3 BFG
dal 1,3 BFG per azione di una
MUTASI(bifosfoglicerato mutasi)
1,3 BFG 2,3 BFG
Il 2,3 BFG può essere defosforilato in 3-fosfoglicerato dalla 2,3 bifosfoglicerato.La trasformazione del 1,3 bifosfoglicerato in 3 fosfoglicerato per azione successiva di mutasi e fosfatasi implica l’abolizione di formare ATP nella reazione catalizzata dalla fosfoglicerato chinasi. Infatti in base alla richiesta maggiore di ATP o di 2,3-bisfofoglicerato, gli eritrociti utilizzano la normale via metabolica della glicolisi, oppure questo bypass metabolico..
G3P
1,3 bifosfoglicerato
3 fosfoglicerato
ADP
ATP CHINASI 2,3 bifosfoglicerato
Pi
MUTASIMUTASI
FOSFATASIFOSFATASI
composto ad alta energia
G0’ per l’idrolisi del fosfato varia da –17.6 kJ/mol nel 2PG a –61.9 kJ/mol nel PEP.
Go’ = 1,8 kJ/mol
STEP 9:Formazione del fosfoenolpiruvato STEP 9:Formazione del fosfoenolpiruvato (PEP)(PEP)
La seconda fosforilazioneLa seconda fosforilazionedell’ADP a livello del substratodell’ADP a livello del substrato
STEP 10: 2° Fosforilazione dell’ADPSTEP 10: 2° Fosforilazione dell’ADP
Forma chetonica
Forma Enolica
Piruvico Chinasi
STEP 10: 2° Fosforilazione dell’ADPSTEP 10: 2° Fosforilazione dell’ADP
LA PIRUVICO CHINASI LA PIRUVICO CHINASI
è inibita da alti livelli di ATP(meccanismo
allosterico)
è attivata da parte del fruttosio-1,6-bifosfato
(attivazione feedforward). In tal modo si assicura
che il carbonio che fluisce attraverso la glicolisi
completi il suo passaggio e non si abbia
accumulo di intermedi
è inibita dall’acetil-CoA (inibizione da prodotto).
Questa inibizione permette di ridurre il flusso
attraverso la glicolisi qualora sia disponibile un
substrato non zuccherino
E’ presente nei tessuti in tre forme isoenzimatiche:
la M nel muscolo e cervello
La L nel fegato che è influenzata dalla dieta e dagli ormoni.
Il digiunodigiuno, condizione che favorisce la gluconeogenesi, ne
diminuisce
la quantità e il GLUCAGONEGLUCAGONE che pure stimola la
gluconeogenesi, ne
diminuisce l’attività stimolando la fosforilazione dell’enzima
(Forma fosforilata è meno attiva)
L’insulinainsulina fa aumentare per induzione,la quantità
dell’enzima
AZIONE ANTAGONISTA DEL GLUCAGONE E DELL’INSULINA
Glucagone +
Insulina -
La A negli altri tessuti
LA PIRUVICO CHINASI LA PIRUVICO CHINASI
Sito attivo e regolazione dellaSito attivo e regolazione della Piruvico chinasi Piruvico chinasi
Attivato allostericamente da AMP e Fru-1,6-bisP
Inibito allostericamente da ATP e acetil-CoA
GLUCOSIO
2- Gliceraldeide -3- PO4
2 molecole di PIRUVATO
2 ATP
2 ADP
4 ADP
4 ATP
2 NAD+
2 NADH + 2H+
La glicolisi genera: La glicolisi genera: 2 molecole di ATP e 2 NADH + 2 H+2 molecole di ATP e 2 NADH + 2 H+
2 ATP vengono usati per aggiungere gruppi fosfato al glucosio e 2 ATP vengono usati per aggiungere gruppi fosfato al glucosio e
al fruttosio -6-P al fruttosio -6-P (- 2 (- 2
ATP)ATP)
4 ATP si generano per trasferimento diretto 4 ATP si generano per trasferimento diretto (+ 4 (+ 4
ATP)ATP)
Glucosio + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2piruvati + 2 ATP + 2 Glucosio + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2piruvati + 2 ATP + 2
NADH + 2 H+NADH + 2 H+
Gli enzimi glicolitici possono formare complessi multienzimatici nelle cellule
Quando le proteine sono purificate da estratti di cellule lisati in soluzioni diluite, le interazioni non-convalenti possono essere distrutte
Evidenze cinetiche e fisiche suggeriscono che gli enzimi della glicolisi possono assemblarsi in complessi multienzimatici, dove i prodotti intermedi sono incanalati direttamente da un enzima ad un altro, senza entrare nelle soluzioni acquose, un fenomeno chiamato “substrate channeling”.
Gli enzimi glicolitici moltoprobabilmente formano complessi multienzimatici.
REGOLAZIONE DELLA GLICOLISIREGOLAZIONE DELLA GLICOLISISolitamente le reazioni della glicolisi sono facilmente reversibili,
eccetto quelle catalizzate dall'esochinasi, dalla fosfofruttochinasi
(PFK) e dalla piruvatochinasi (PK), che fungono da punti di
regolazione della glicolisi.(G < 0 e grande)Il tasso di glicolisi nei
mammiferi è controllato proncipalmente a livello della PFK, e
parzialmente a livelli dell’esochinasi e della PK.La fosfofruttochinasi, principale elemento di controllo della glicolisi, catalizza una reazione esoergonica irreversibile che permette al glucosio di entrare nella via glicolitica (escludendo il ciclo dei pentosi-fosfati), è attiva quando è necessario produrre energia oppure precursori, ma viene inibita da alte concentrazioni di ATP e di citrato, (CIA)
La piruvatochinasi, altro sito di controllo, è inibita allostericamente da Acetil CoA.
Altri substrati della glicolisi Metabolismo del fruttosio
Il fruttosio (o levulosio) è un monosaccaride contenuto normalmente nella frutta. Presenta basso potere cariogeno, fornisce 4 Kcal /g, e il suo potere edulcorante, circa 1,5 volte superiore a quello del saccarosio, consente un risparmio calorico minimo. Sebbene il metabolismo del fruttosio sia indipendente dall'insulina, quando viene superata la quantità di 40 g/die esso viene trasformato in glucosio. Per questo motivo le persone diabetiche non devono oltrepassare il limite massimo di assunzione giornaliera di 40 g di fruttosio; in questo calcolo va tenuto presente anche la quota presente negli alimenti specifici per diabetici, spesso molto elevata. In quantità elevate il fruttosio può causare diarrea, dolori addominali e flatulenza. Trattandosi di una sostanza naturale, è perfettamente innocua (motivo per cui non ne è stata stabilita la DGA), ma deve essere usato con precauzione nelle persone con alterata funzione renale e gravi disturbi al fegato.
Il fruttosio
Assorbimento del fruttosioL’assorbimento del fruttosio avviene per
diffusione facilitata ed è mediato daltrasportatore GLUT-5.
Il fruttosio viene rapidamente rimosso dallume intestinale, tuttavia elevati carichialimentari possono superare la capacità
del trasportatore con conseguenteincompleto assorbimento e rapida
Fermentazione
Metabolismo del galattosio
Metabolismo del mannosio
DESTINO DEL PIRUVATO…..DESTINO DEL PIRUVATO…..
Il piruvato è ancheun precursore inmolte reazionianaboliche.
Quando l’ossigeno sarà disponibile, Quando l’ossigeno sarà disponibile, questo debito sarà pagato con la questo debito sarà pagato con la riossidazione del Lattato a Piruvato e riossidazione del Lattato a Piruvato e con la completa ossidazione di con la completa ossidazione di quest’ultimoquest’ultimo..
L’acido piruvico rappresenta un composto centrale del
metabolismo
Ha numerosi destini alternativi specie nelle cellule e nei
Microorganismi anaerobi. In tutti i casi, è il substrato di eccellenza
da ridurre per smaltire l’eccesso di NADH prodotto dalla glicolisi
Eucarioti superioriEucarioti superioriLievitiLieviti
In condizioni ANAEROBIE il piruvato In condizioni ANAEROBIE il piruvato è convertito in acido lattico o etanoloè convertito in acido lattico o etanolo
Pathways Pathways del Piruvatodel Piruvato
Rigenerazione del NADRigenerazione del NAD++
quando manca O2
(la glicolisi continua comunque)Il NADH proviene dall’OX della G3P
Nei muscoli,globuli rossi e nei lattobacilli è moltoattiva.
Se O2 è disponibile invece, NADH è
Ossidato nel trasporto elettronico,
producendo ATP nell’ossidazione
fosforilativa.
Fermentazione Fermentazione LatticaLattica
I lattobacilli fermentano il Glucosio trasformandolo in acido lattico.I lattobacilli fermentano il Glucosio trasformandolo in acido lattico.
Il batterio Lactobacillus è anche un Il batterio Lactobacillus è anche un componente della flora batterica componente della flora batterica umana normale del tratto urogenitaleumana normale del tratto urogenitale
dove, grazie alla sua capacità di generare un ambiente acido, dove, grazie alla sua capacità di generare un ambiente acido, impedisce la crescita di batteri nocivi.impedisce la crescita di batteri nocivi.
La straordinaria efficienza della La straordinaria efficienza della
GLICOLISI ANAEROBIA delle Cellule Embrionali e TumoraliGLICOLISI ANAEROBIA delle Cellule Embrionali e Tumorali
spiega la loro capacità a sopravvivere e moltiplicarsi anche in spiega la loro capacità a sopravvivere e moltiplicarsi anche in condizioni di scarso apporto di ossigeno.condizioni di scarso apporto di ossigeno.
Presente solo negli organismi alcool fermentativi
Presente in molti organismi, tra cui l’uomo
Fermentazione alcolica
La rigenerazione del NAD+ (nella fermentazione lattica o etanolo) mantiene così il flusso di Glicolisi in condizioni anaerobiche
Da ox della G3P
EFFETTO PASTEUREFFETTO PASTEUR
Quando le cellule, capaci di metabolizzare il glucoso sia
anaerobicamente che aerobicamente, sono mantenute in
condizioni aerobiche, consumano meno glucoso e formano meno
acido lattico di quando sono in condizioni anaerobiche.
L’osservazione di tale fenomeno oggi spiegabile dalla maggior
resa energetica della glicolisi aerobica rispetto a quella
anaerobica e dal fatto che in presenza di ossigeno il piruvato
non viene ridotto a lattato ma ossidato a CO2 portò Pasteur ad
enunciare che “L’OSSIGENO INIBISCE LA GLICOLISI”
In condizioni aerobiche la fosforilazione ossidativa mitocondriale
del piruvato produce una elevata quantità di ATP. Se si considera
che l’aumento di ATP e la concomitante diminuzione di ADP
inibisce l’attività della fosfofruttocinasi 1 si comprende come in
condizioni aerobiche il flusso glicolitico abbia a diminuire.
DESTINO AEROBICO DEL PIRUVATODESTINO AEROBICO DEL PIRUVATO
Il piruvato prodotto dalla glicolisi o dall’ox del lattato passa nei mitocondri attraverso la membrana mitocondriale interna in forma protonata tramite carrier specifico.La PIRUVICO DEIDROGENASI è un complesso enzimatico sito nella porzione
più interna della membrana mitocondriale interna e costituito da3 unità: piruvato deidrogenasi, deidrolipoil acetiltransferasi, deidrolipoil deidrogenasi
PIRUVATO PIRUVATO DEIDROGENASIDEIDROGENASI
DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVADECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA
PIRUVATO DEIDROGENASIPIRUVATO DEIDROGENASI
E1 = piruvato deidrogenasi cui si lega al tiamina pirofosfato (TPP)
E2 = deidrolipoil acetiltransferasi cui è legato l’acido lipoico
E3 = deidrolipoil deidrogenasi cui è legato il FAD
Destino del piruvato…….Destino del piruvato…….
Il piruvato entra nel mitocondrio grazie ad una
proteina trasportatrice,pe
r essere decarbossilato ad
Acetil CoA ed entrare nel ciclo
di krebs
ΔG'°=-33,4 kJ/mol
La PDH è controllata mediante inibizione inibizione
feedback dai suoi prodotti di reazione
(acetilCoA e NADH); questo può essere
razionalizzato pensando che l’enzima funzioni
in modo da produrre acetil-CoA e NADH in
modo che vengano utilizzati immediatamente.
REGOLAZIONE DELLA PDHREGOLAZIONE DELLA PDH
L’enzima è stimolato da PEPstimolato da PEP, presumibilmente per segnalare la
necessità di degradare il piruvato velocemente ed evitare un
intasamento del flusso glicolitico.
PDH è stimolatastimolata anche da AMP, il cui accumulo indica carenza di
ATP.
Forma defosforilataForma defosforilataATTIVAATTIVA
Forma fosforilataForma fosforilataINATTIVAINATTIVA
FOSFORILAZIONE ad opera di una CHINASIAcetil CoA ADPMg++ PiruvatoNADH NAD+ATP TPP
DEFOSFORILAZIONE ad opera di una FOSFATASIDEFOSFORILAZIONE ad opera di una FOSFATASICa++ NADHMg++ Acetil CoAINSULINA
+ -
REGOLAZIONE DELLA PDHREGOLAZIONE DELLA PDH
+ -
PYA= piruvato
Funzioni tessuto-specifiche della glicolisi
negli animaliGlobuli rossi
Esclusivamente per energiaMuscoli scheletrici
Fonte di energia, soprattutto durante lo sforzo intenso
Tessuto adiposoFonte di glicerolo-P per la sintesi di trigliceridiFonte di acetil-CoA per la sintesi di acidi grassi
FegatoFonte di acetil-CoA per la sintesi di acidi grassiFonte di glicerolo-P per la sintesi di trigliceridi
IL CICLO DI CORIIL CICLO DI CORI
Nei vari tessuti animali la glicolisi e la gluconeogenesi si svolgono
in modo differenziato, nel senso che in alcuni tessuti la glicolisi è
molto attiva mentre la gluconeogenesi molto poco.
Questo è il caso del muscolo scheletrico.Nel fegato la situazione è opposta. Quando il muscolo lavora in anaerobiosi il lattato formato va in circolo e giunge al fegato dove viene convertito in glucosio, che tramite il circolo giunge al muscolo.
I prodotti della glicolisi anaerobica
• 2 molecole di piruvato
• 4 molecole di ATP (meno le due usate per l’attivazione del glucosio)
• 2 molecole di NADH
Destino del piruvato
• In presenza di ossigeno: il piruvato entra nel mitocondrio, viene trasformato in acetil-CoA che, a sua volta, entra nel ciclo di Krebs. L’ossidazione continua poi in catena respiratoria.
• In assenza di ossigeno (anossia): nel citoplasma il piruvato può essere convertito in molteplici prodotti finali a seconda degli enzimi presenti; tutte queste reazioni hanno comunque lo scopo di riossidare il NADH, coenzima della Gliceraldeide-3-PDH.
