Lez-2016-2017-glicolisi

GLICOLISI
È la parte iniziale del processo di
degradazione ossidativa dei
carboidrati.
Durante la loro ossidazione
l’energia immagazzinata nel loro
scheletro carbonioso è utilizzata
per produrre ATP e NADH
Condizioni
aerobiche
ATP
Dai polissaccaridi di riserva e
polissaccaridi/oligossaccaridi
introdotti con la dieta
ADP
ATP
Condizioni
anaerobiche
1a reazione: il glucosio, distribuito ai diversi tessuti tramite il circolo sanguigno e
internalizzato nelle cellule, viene fosforilato in posizione 6 dall’enzima ESOCHINASI
ESOCHINASI
D-GLUCOSIO
Nei mammiferi: 4 forme di Esochinasi
I, II e III
Km ~ 10-1-10-3 mM
IV (glucochinasi)
Km ~ 10 mM
D-GLUCOSIO-6-fosfato
Inibite dal prodotto (G6P)
Non inibita dal G-6P
È attiva nel fegato e risponde a forti aumenti della [glucosio] ematica: dopo
i pasti, quando il livello ematico basale di glucosio è superiore a 5 mM.
2a reazione: isomerizzazione del glucosio 6-fosfato in fruttosio 6-fosfato
Glucosio 6-fosfato
isomerasi
Glucosio 6-fosfato
anomero α
Fruttosio 6-fosfato
anomero α
3a reazione
OH
OH
CH2―OH
1
Fruttosio 6-fosfato
Fosfofruttochinasi-1
(PFK-1)
CH2―OPO321
Fruttosio 1,6-bisfosfato
PFK-1 = enzima allosterico regolatorio
Modulatori allosterici della PFK-1:
• Inibitori: ATP, citrato (proviene dal mitocondrio)
• Attivatori: AMP, ADP e fruttosio 2,6-bisfosfato (il cui livello è
sotto controllo ormonale)
Basse [ATP] e alte [AMP, ADP] = segnalano che la glicolisi deve essere
incrementata per mandare avanti la produzione mitocondriale di ATP
Vmax
Curva
cinetica
della PFK-1
Alte [ATP] e basse [AMP, ADP] =
segnalano che la via glicolitica
deve diminuire la sua attività
½ Vmax
K0.5
K0.5
Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007
4a reazione
OH
CH2OPO321
ALDOLASI
Fruttosio 1,6-bisfosfato
Reazione reversibile, è prossima
all’equilibrio nelle cellule
Diidrossiacetone
fosfato
Deriva dagli atomi di
carbonio 1, 2 e 3 del
glucosio
Gliceraldeide 3fosfato
Deriva dagli atomi di
carbonio 4, 5 e 6 del glucosio
5a reazione
Delle 2 molecole prodotte dalla scissione del fruttosio 1,6-bisfosfato solo la
gliceraldeide 3-P è il substrato della successiva reazione della glicolisi, perciò il
diidrossiacetonefosfato viene rapidamente convertito in D-gliceraldeide-3-fosfato
Reazione prossima
all’equilibrio
Molto rapida
Trioso-fosfato
isomerasi
Diidrossiacetone fosfato
D-Gliceldeide 3-fosfato
È rapidamente formata ma è anche
rapidamente consumata dal passaggio
successivo: la concentrazione di gliceraldeide 3fosfato è mantenuta pressoché costante.
Da 1 molecola di glucosio abbiamo ottenuto 2 molecole di gliceraldeide 3-P e
consumato 2 molecole di ATP
La GLICERALDEIDE 3-FOSFATO deve essere OSSIDATA:
IL CARBONIO ALEDIDICO (1) viene OSSIDATO IN CARBONIO CARBOSSILICO
1 H:- È TRASFERITO SUL NAD+ il quale si riduce a NADH
A SEGUITO DELL’OSSIDAZIONE VIENE INTRODOTTO UN GRUPPO
FOSFATO CHE SI LEGA AL CARBOSSILE IN POSIZIONE 1 CON UN LEGAME
ANIDRIDICO
L’energia liberata dall’ossidoriduzione è utilizzata per formare
un’ANIDRIDE MISTA e quindi immagazzinata sotto forma di elevato
potenziale di trasferimento del gruppo fosfato.
VIENE PRODOTTO NADH
È UN EQUIVALENTE RIDUCENTE CON UN GRANDE POTENZIALE
ENERGETICO
DOVRA’ ESSERE RI-OSSIDATO
Il NADH prodotto in questa reazione DOVRA’
essere ri-ossidato affinché la glicolisi non si fermi
(2 x)
(2 x)
Gliceraldeide
3-fosfato
Gliceraldeide
3-fosfato
deidrogenasi
Fosfato
inorganico
Reazione di ossidoriduzione:
NAD+ viene ridotto a NADH
CHO in 1 viene ossidato a
COOH
Reazione esoergonica
(2 x)
1,3-bisfosfoglicerato
Meccanismo della reazione
catalizzata dalla glicerladeide 3-P
deidrogenasi
Cys S
Cys S
H
Cys S
Intermedio
tioacetale
Complesso enzimasubstrato: Cys
acida del sito attivo
attacca il gruppo
aldeidico della
GA3P
H
Entrano
NAD+ e
GA3P
Cys S
Cys S
1,3-BPG
Il NAD+ strappa uno
ione idruro :H¯ dal
carbonio 1 della GA3P
Il tioacetale si
trasforma in un
intermedio
tioestere
Entra un fosfato
inorganico
E avviene una
fosforolisi
Anidride mista ad
alta energia
Fosforilazione a livello del
substrato in cui sono prodotti
2 ATP/glucosio
X2
1,3-bisfosfoglicerato
+
ADP
Fosfoglicerato
chinasi (PGK)
Nella cellula è una reazione
prossima all’equilibrio
(è importante che possa
avvenire anche nel verso
opposto)
X2
3-fosfoglicerato +
ATP
Bypass del 2,3-BPG nei globuli rossi: ~20% di 1,3-BPG è dirottato verso la
produzione di 2,3-BPG
Questa mutasi negli eritrociti rilascia
il 2,3-BPG dal sito attivo
bisfosfoglicerato
mutasi
1,3-BPG
―OPO32-
2,3-BPG
Se il 2,3-BPG negli eritrociti è in
eccesso interviene la
bisfosfoglicerato fosfatasi
Modula
l’ossigenazione
dell’emoglobina
Rientra nella glicolisi
3-fosfoglicerato
X2
X2
Fosfoglicerato
mutasi
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Interconversione
prossima
all’equilibrio
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
14 | 13
Disidratazione: un fosfoestere è convertito in un estere enol-fosfato
Elevato potenziale di
trasferimento del gruppo
fosfato
X2
2Mg2+
X2
ENOLASI
2-fosfoglicerato
fosfoenolpiruvato
+
Mg2+, K+
X2
PIRUVATO
CHINASI
PIRUVATO
ATP
X2
PIRUVATO CHINASI = enzima regolato
Inibita allostericamente dall’ATP
e dall’Acetil-CoA (prodotto in grande quantità
dall’ossidazione degli ac. grassi. Viene inibita la glicolisi quando è intensa la
degradazione dei grassi).
Attivata allostericamente dal fruttosio 1,6-bisfosfato (prodotto dall’azione
della PFK-1, in modo che la regolazione della PFK-1 sia coordinata con
quella della piruvato chinasi)
È anche modulata attraverso la fosforilazine/defosforilazione negli epatociti
e nelle cellule intestinali dei mammiferi (processo che è sotto controllo
ormonale)
ΔG’ = -33.5 KJ/mol
Punto di controllo
Reazione irreversebile
ΔG’ = -2.5 KJ/mol
ΔG’ = -22.5 KJ/mol
ΔG’ = -1.3 KJ/mol
ΔG’ = +2.5 KJ/mol
ΔG’ = -3.4 KJ/mol
Punto di controllo
Reazione irreversebile
RESA ENERGETICA:
4 molecole di ATP prodotte - 2
consumate nella 1a fase =
2 ATP prodotte per ogni glucosio
ossidato
ΔG’ = +2.6 KJ/mol
ΔG’ = +1.6 KJ/mol
2 NADH prodotti per ogni glucosio
ossidato
ΔG’ = -6.6 KJ/mol
ΔG’ = -33.4 KJ/mol
ΔG’
= -96.2 KJ/mol
Punto di controllo
Reazione irreversebile
PUNTI DI CONTROLLO DELLA VELOCITA’ DELLA GLICOLISI. ENZIMI
REGOLATI/REGOLATORI:
1) ESOCHINASI
GLUCOCHINASI
Controllata dalla [Glucosio-6P]
• Controllata dalla [Glucosio]
• Attivazione coadiuvata dall’insulina (Nel fegato)
Modulata allostericamente
2) PFK-1
Controllata per via ormonale tramite l’attivatore allosterico Fruttosio
2,6 bis-P (Nel fegato e in particolari casi nel rene, e nell’intestino)
Modulata allostericamente
3) PIRUVATO CHINASI
Modulata covalentemente (fosforilazione/defosforilazione)
sotto controllo ormonale (Nel fegato e in particolari casi nel
rene, e nell’intestino)
Altri carboidrati possono essere assorbiti e utilizzati come fonte di energia nei mammiferi.
Sono convertiti in intermedi della glicolisi
Nelson • Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2014
14 | 18
Fruttosio
Nel muscolo e in altri tessuti viene
fosforilato dall’esochinasi ed entra
nella glicolisi come fruttosio 6-P
Glicolisi
(stessa resa energetica
del glucosio)
Nel fegato è
fosforilato dalla
fruttochinasi in
fruttosio 1-P
Fruttosio
Gliceraldeide
NADH
Alcol deidrogenasi NAD+
Glicerolo
ATP
ADP
+
(stessa resa energetica
del glucosio, ma viene
aggirato il punto di
regolazione della PFK-1)
Diidrossiacetone
fosfato
Trioso-fosfato isomerasi
Gliceraleide 3-fosfato
Glicolisi
ADP
Gliceraldeide chinasi
ATP
Glicerolo 3-fosfato
Sintesi lipidi
NAD+ NADH
Glicerolo 3-P
Diidrossiacetone
deidrogenasi
fosfato
Trioso-fosfato
isomerasi
NADH
(prodotto nella glicolisi)
Condizioni
aerobiche
Riossidato nel citosol con la
fermentazione lattica o alcolica
Riossidato attraverso i sistemi navetta
>>> e- trasferiti nella catena di
trasporto mitocondriale
Carbossilazione a
ossalacetato
PIRUVATO
Destini metabolici
Transamminazione
ad alanina
Gluconeogenesi
Transamminazioni
Ciclo di KREBS
Condizioni
anaerobiche
Condizioni
anaerobiche
Condizioni
aerobiche
Acetil-CoA
Sintesi ac.
grassi
Ciclo di KREBS
Ossidazione completa
Fermentazione
lattica o alcolica