LEZ 08.1 Glicolisi BME ODDI - Progetto e

Metabolismo del Glucosio Schema generale del
metabolismo del glucosio
Una panoramica della glicolisi
Conce2 chiave • La glicolisi consiste nella degradazione del glucosio a
piruvato e utilizza, al contempo, l’energia rilasciata dal
processo per sintetizzare ATP a partire da ADP + Pi.
• La sequenza di 10 reazioni della glicolisi è suddivisa in
due fasi: un investimento iniziale di energia a cui fa
seguito un recupero di energia.
La glicolisi
Una panoramica della glicolisi
Punto di verifica • Cosa accade nelle due fasi della glicolisi?
• Quante molecole di ATP sono investite e quante
recuperate per ogni molecola di glucosio che entra nella
via glicolitica?
• Paragonate gli stati di ossidazione del glucosio e del
piruvato. Spiegate perché la glicolisi genera NADH. Le reazioni della glicolisi
Conce2 • Le 10 tappe della glicolisi possono essere descritte in
base ai loro substrati, prodotti e meccanismi enzimatici. • Gli enzimi glicolitici catalizzano reazioni di
fosforilazione, di isomerizzazione, di scissione di legami
carbonio-carbonio e di deidratazione. • L'ATP viene consumato nelle tappe 1 e 3, ma viene
rigenerato nelle tappe 7 e 10; la resa netta è di 2
molecole di ATP prodotte per ogni molecola di glucosio. • Nella tappa 6 vengono prodotte 2 molecole di NADH
per ogni molecola di glucosio. Reazione 1: l'esochinasi utilizza
la prima molecola di ATP
Fosforilazione mediata dal Mg2+
Cambio conformazionale
indotto dal substrato
Esochinasi di lievito PDBids 1IG8 and 3B8A Reazione 2: la fosfoglucosio isomerasi
Reazione 3: la fosfofruttochinasi
utilizza la seconda molecola di ATP
Reazione 4: l'aldolasi converte il FBP
a 6 atomi di carbonio in GAP e
DHAP a 3 atomi di carbonio
Reazione 5: la trioso fosfato isomerasi
(TIM)
Fine della I fase
La prima fase della glicolisi
Reazione 6: la GAPDH forma il primo
intermedio “ad alta energia”
Reazione 7: la fosfoglicerato chinasi
(PGK) produce la prima molecola di ATP
La struttura bilobata della PGK
ricorda quella dell'esochinasi
Fosfoglicerato chinasi di lievito (PGK) PDBid 3PGK Reazione 8: la fosfoglicerato mutasi
(PGM) interconverte tra loro
il 3PG e il 2PG
Reazione 9: l'enolasi forma il secondo
intermedio “ad alta energia”
Scheda 15.2: Il 2,3-BPG influenza
la capacità di trasportare
l'ossigeno degli eritrociti
Scheda 15-2: il 2,3-BPG influenza
la capacità di trasportare
l'ossigeno degli eritrociti
Reazione 10: la piruvato chinasi (PK)
produce la seconda molecola di ATP
Diagramma di processo del
meccanismo di reazione della PK
Diagramma di processo del
meccanismo di reazione della PK
L'idrolisi del PEP
La seconda fase della glicolisi
Ingresso di altri esosi nella glicolisi
Il galattosio e il glucosio sono epimeri
Il metabolismo del galattosio
Galattosemia: la formazione di
galattitolo provoca la cataratta
Le reazioni della glicolisi
Punto di verifica • Scrivete le reazioni della glicolisi, comprensive di
formule di struttura degli intermedi e dei nomi degli
enzimi che catalizzano le diverse reazioni.
• Riassumete le tipologie dei meccanismi catalitici
coinvolti. I cofattori sono richiesti da ciascun enzima
della via glicolitica?
• Spiegate la logica chimica della conversione del
glucosio a fruttosio prima della scissione dello zucchero
in due molecole operata dall'aldolasi.
• Perché si ritiene che la trioso fosfato isomerasi sia
cataliticamente perfetta?
• In cosa differisce la fosforilazione catalizzata dalle
chinasi rispetto a quella catalizzata dalla GAPDH?
Le reazioni della glicolisi
Punto di verifica • Quali sono i composti a elevato potenziale di
trasferimento del gruppo fosforico che sono sintetizzati
durante la glicolisi? • Spiegate la logica chimica nel deidratare il 2fosfoglicerato prima del trasferimento del suo gruppo
fosforico. • Spiegate in che modo l'accoppiamento chimico delle
reazioni endoergoniche con quelle esergoniche è
utilizzato per produrre ATP durante la glicolisi.
• Quali prodotti della glicolisi sono molecole ridotte che
la cellula può ossidare per recuperare energia libera? La fermentazione: il destino anaerobico del piruvato
Conce2 chiave • Il NADH, un substrato della GAPDH, deve essere
riossidato per consentire alla glicolisi di proseguire. • Nel muscolo il piruvato viene ridotto a lattato per
riossidare il NAD+. • I lieviti decarbossilano il piruvato producendo CO2 ed
etanolo in un processo che richiede TPP come
cofattore. Destino metabolico del piruvato
La fermentazione omolattica
Meccanismo d'azione dell'LDH
La fermentazione: il destino anaerobico del piruvato
Punto di verifica
•  Descrivete i tre possibili destini del piruvato.
La regolazione della glicolisi
Conce2 chiave • Gli enzimi che catalizzano reazioni con grandi
variazioni negative di energia libera funzionano da punti
di controllo del flusso. • La fosfofruttochinasi, il principale punto di regolazione
della glicolisi nel muscolo, è inibita allostericamente
dall'ATP e attivata dall'AMP e dall'ADP. • Il ciclo del substrato permette alla velocità della
glicolisi di rispondere velocemente ai cambiamenti
richiesti. Variazioni di energia libera standard e
reali delle reazioni glicolitiche
Diagramma delle variazioni
di energia libera
La PFK è il principale punto di controllo
del flusso della glicolisi nel muscolo
PFK di E. coli PDBid 1PFK La PFK è regolata allostericamente
Cambiamenti allosterici nella PFK
Bacillus stearothermophilus PDBids 4PFK e 6PFK In un sistema all'equilibrio due enzimi
diversi catalizzano la reazione diretta e
quella inversa
Il ciclo del substrato regola la PFK
Il ciclo del substrato: il flusso glicolitico
è basso nel muscolo a riposo
Il ciclo del substrato: il flusso glicolitico
è elevato nel muscolo in attività
La regolazione della glicolisi
Punto di verifica • Quali enzimi glicolitici sono potenziali punti di controllo
del flusso?
• Descrivete i meccanismi che controllano l'attività della
fosfofruttochinasi.
• Perché l'ATP da solo non è un efficace regolatore
allosterico dell'attività enzimatica?
• Qual è il vantaggio metabolico del ciclo del substrato?
Qual è il suo costo?