Punti di regolazione della glicolisi

•Via catabolica per estrarre Energia (E) da molecole
combustibili in assenza di Ossigeno
•Degradazione anaerobia del
D-Glucosio a 2 molecole di Piruvato
glu + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi  2Pyr + NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O
 Aerobi respirazione (ossidazione molecole
organiche da parte di O2 )
 Anaerobi reazioni di ossido-riduzione, no
ossidazione completa del combustibile (eccezione:
anaerobi facoltativi!)
Fermentazione omolattica:
2 acido lattico + 2ATP
Fermentazione alcolica:
2 etanolo + 2CO2 + 2ATP
 Glicolisi avviene nel citosol, 10 tappe catalizzate da 10
enzimi diversi
 Alcuni Intermedi di reazione fosforilati
il gruppo fosfato:
1) è carico negativamente e rende polari gli intermedi a
cui si lega  non passano la mb mediante
diffusione semplice (glicolisi nel citosol!)
2) serve come gruppo di legame e di riconoscimento
per la formazione di complessi enzima-substrato
3) fondamentale per la conservazione dell’energia
 3 Trasformazioni chimiche: via del Carbonio, via del
Fosfato, via di elettroni
Fase preparatoria
D-glu catabolizzato a diidrossiacetone fosfato e gliceraldaide-3P
2 ATP consumati
I Tappa – I reazione di attivazione
D-glu + ATP  D-glu-6P + ADP FOSFORILAZIONE
ESOCHINASI:
GLUCOCHINASI:
-presente in lieviti, batteri, e molti tessuti
animali e vegetali;
-largamente distribuito e presente nella >
parte delle cellule (muscolo scheletrico);
-catalizza la fosforilazione di diversi
zuccheri (es. fruttosio, mannosio);
-elevata affinità per aldoesosi;
-presenti 3 isoenzimi in tessuti animali
con diversa affinità per glu ed è un enzima
regolatore allosterico inibito dal suo
prodotto;
-richiede Mg++ o Mn++ x attività
-catalizza la fosforilazione
SOLO del glu;
-presente nel fegato;
-è un enzima regolatore NON è
inibito dal suo prodotto;
-richiede Mg++ o Mn++ x attività
REAZIONE
IRREVERSIBILE IN
CONDIZIONI
INTRACELLULARI
- Esochinasi completamente
saturata alle concentrazioni
ematiche normali di glu (circa
5mM)
- Glucochinasi ha una KM per il
glu molto più alta, richiede
quindi una concentrazione di
glu maggiore per diventare
completamente attiva;
entra in gioco con
concentrazioni di glu molto
elevate (dopo un pasto ricco di
zuccheri);
Insulina stimola sintesi
dell’enzima, carente in
condizioni di diabete mellito
II tappa
D- glu -6P  D- fru -6P
ISOMERIZZAZIONE
GLUCOSIO 6 FOSFATO ISOMERASI
Enzima specifico per questa reazione e per questi substrati
Richiede Mg++ per attività
REAZIONE REVERSIBILE IN CELLULA
D-fru-6P + ATP  D-fru- 1,6- bisfosfato + ADP
6 FOSFOFRUTTO CHINASI:
-Enzima allosterico  modulatori positivi: AMP, ADP
modulatori negativi: alte conc.
ATP, acido citrico, acidi grassi a
lunga catena
-Richiede Mg++ per attività catalitica
REAZIONE IRREVERSIBILE
PUNTO FONDAMENTALE DI
REGOLAZIONE DELLA GLICOLISI
IV tappa
D- fru- 1,6 -bisfosfato  diidrossiacetone P +
D- gliceraldeide -3P
FRUTTOSIO DIFOSFATO ALDOLASI (condensazione
aldolica reversibile):
- Aldolasi di classe I
Presente in animali, piante superiori ;
Lisina presente ne sito catalitico e gruppi –SH liberi, alcuni
necessari per attività catalitica;
-Aldolasi di classe II
Presente in batteri lieviti e funghi;
Dimeriche e necessitano di Fe++ e Zn++ per attività
- Nei mammiferi 3 isoenzimi: A (>SNC, muscolo schel), B
(fegato), C (alcune aree SNC) con differenti cinetiche, differenti
affinità per substrato e diversa distribuzione tissutale
V tappa
diidrossiacetone P  D- gliceraldeide -3P
TRIOSO FOSFATO ISOMERASI
Solo uno dei due triosi viene successivamente degradato
nella seconda fase della glicolisi,
il diidrossiacetone P viene convertito rapidamente e
reversibilmente in D-gliceraldeide 3P
Seconda Fase
Reazioni di ossidoriduzione e conservazione dell’energia
4 ATP e 1 NADH
prodotti
VI tappa I REAZIONE IMPORTANTE: CONSERVAZIONE DI ENERGIA!
gliceraldeide 3P +Pi +NAD+ 1,3-bisfosfoglicerato +NADH +H+
GLICERALDEIDE 3 FOSFATO DEIDROGENASI:
-è composta da 4 subunità identiche, ognuna con un sito catalitico a cui è legato
un NAD+ , un residuo di cisteina (Cys) e uno di istidina (His) importanti per
l’attività.
-L'aldeide reagisce con il gruppo -SH della Cys, legandosi all'enzima attraverso la
formazione di un semitioacetale.
-NAD+ è associato all'enzima in una posizione molto vicina a quella della Cys. La presenza
di una His favorisce la deprotonazione della gliceraldeide-3-P ed il trasferimento
del protone sul NAD+, che viene così convertito a NADH
-Il NADH viene immediatamente sostituito da un'altra molecola di NAD+.
-Il semitioacetale, in seguito alla deprotonazione, viene convertito in tioestere (acilenzima)
-la presenza di NAD+ favorisce l'ingresso nel sito attivo di un gruppo fosfato
-spiazzamento del legame tioestere ad opera del fosfato, che libera così il substrato (ormai
1,3-bisfosfoglicerato) da ogni legame con l'enzima
-viene completamente rigenerato il gruppo-SH della Cys
NAD+ RCHO
NAD+
E
E
SH
NAD+
H
E
SH
S
C
R
semitioacetale
OH
Trasferimento e-
NAD+
Pi
E
S
+
C
O
O
PO32-
NADH
E
E
SH
R
NADH
NAD+
C
O
Acil-enzima
R
NAD+
S
C
O
Legame tioestere
R
VII tappa
1,3-bisfosfoglicerato + 2ADP  3-fosfoglicerato + 2ATP
FOSFOGLICERATO CHINASI
elevata affinità per substrato
REAZIONE ESOERGONICA
VIII tappa
3-fosfoglicerato  2-fosfoglicerato
FOSFOGLICERO MUTASI
Mg++ necessario, 2 forme, una
presente in tessuti animali sembra
richiedere intermedio di reazione
REAZIONE ESOERGONICA
IX tappa
2-fosfoglicerato  fosfoenolpiruvato
ENOLASI:
-richiede Mg++ o Mn++ per attività
-reazione avviene con eliminazione di una mol di H2O
da C in posizione 2 e 3 (reaz redox intramolecolare)
II REAZIONE IMPORTANTE:
CONSERVAZIONE DI ENERGIA!
X tappa
fosfoenolpiruvato + 2ADP  piruvato + 2ATP
PIRUVATO CHINASI:
-richiede Mg++ o Mn++ per attività
-richiede la presenza di un metallo alcalino (es.K+)
come attivatore fisiologico (cambiamento
conformazionale lo rende più attivo)
- Modulatori allosterici negativi: alte conc. ATP, acetil
CoA, acidi grassi a lunga catena e alcuni aa (Alanina)
REAZIONE ESOERGONICA
Tenere presente che dalla sesta tappa in poi si hanno sempre
2 molecole di substrato e 2 molecole di prodotto!
Fermentazione lattica e alcolica
F. lattica
Pyr + NADH + H+  Ac. Lattico + NAD+
F. alcolica
1) Pyr  Acetaldeide + CO2
2) Acetald + NADH + H+  Etanolo+ NAD+
LATTICO DEIDROGENASI:
- presente in animali in 5 isoenzimi con
vel di reazione diverse
- reazione di riduzione NADH formato
 1) PIRUVICO
-
nella tappa 6 cede e- al piruvato
- acido lattico formato diffonde
-
attraverso mb cell nell’ambiente
circostante come prodotto di rifiuto
- in condizioni anaerobiche nei muscoli
-
degli animali quando sotto sforzo
producono ac. lattico che passa al
sangue, viene recuprato dal fegato e
riutilizzato per formare glu

DECARBOSSILASI
Mg++ e coenzima tiamina
pirofosfato
intermedi di reazione legati
covalentemente alla tiamina
pirofosfato
irreversibile
2) ALCOL DEIDROGENASI
Glicolisi – ALTRI CARBOIDRATI
 1) Polisaccaridi: glicogeno e amido
 2) Disaccaridi: maltosio, lattosio, saccarosio
 3) Altri monosaccaridi: fruttosio, galattosio, mannosio
1) Polisaccaridi: glicogeno e amido
 Glicogeno:
principale polisaccaride di
riserva presente nelle cell
animali;
formato da catene di glu in
legame α(1 4) ramificate, i
legami di ramificazione
sono α(1 6);
presente nel fegato sotto
forma di granuli e nel
muscolo scheletrico
 Amido:
principale polisaccaride di
riserva presente nelle cell
vegetali;
2 tipi di polimeri:
amilosio e amilopectina,
formati da catene di glu in
legame α(1 4), nel
secondo tipo sono
ramificate, i legami di
ramificazione sono α(1 6);
 I due polisaccaridi entrano in glicolisi attraverso l’azione di
due enzimi:
 1) Glicogeno (o amido) fosforilasi:
rimozione di residui di glu all’estremità non riducente della
catena di glicogeno (reazione di fosforlisi) e aggiunta di un
gruppo fosfato in posizione 1
(nei punti di ramificazione interviene un altro enzima α(1
6) glucosidasi)
 2) Fosfoglucomutasi:
Conversione del glu 1P in glu 6P
1) Glicogeno (o amido) fosforilasi:
 Composto da 4 subunità, ognuna delle quali ha un residuo di
fosfoserina e una molecola di pirodossal fosfato covalentemente legata
ad un residuo di lisina necessari x attività catalitica
 Nel muscolo esiste in 2 forme: fosforilasi a, fosforilata cataliticamente
attiva, e fosforilasi b, defosforilata molto meno attiva
 La velocità di conversione del glicogeno in glu 1P è regolata dal rapporto
tra le due forme di fosforilasi:
1) la fosforilasi a può essere convertita nella forma b dalla fosforilasi a
fosfatasi, che rimuove i gruppi fosfato dalla serina e provoca la
dissociazione dell’enzima in due molecole di fosforilasi b (irreversibile)
La fosforilasi b a sua volta può essere convertita in a tramite la
fosforilasi b chinasi utilizzando 4 ATP (2 x ogni molecola di f. b)
2) la forma b viene stimolata dall’AMP (modulatore allosterico
positivo), che aumenta nel muscolo durante il consumo di ATP durante
la contrazione; viene inibita dall’ATP (modulatore allosterico negativo)
A riposo tutta la fosforilasi è in forma b
 Enzima presente anche nel fegato:
le due forme a e b come principio funzionano come nel
muscolo ma hanno struttura e proprietà di regolazione
La demolizione del glicogeno in questa sede ha lo
scopo di produrre glu ematico libero
In condizioni di emergenza l’adrenalina stimola la
sintesi della forma a per produrre glu e renderlo
disponibile nei muscoli
2) Fosfoglucomutasi:
 Composto da un residuo di Serina necessari x attività
catalitica
 Inibito da fosfato organici che legano in modo irreversibile
che formano esteri inattivi con i residui di Serina
 Richiede un intermedio di reazione:
1)fosfoenzima+ glu 1P  defosfoenzima + glu 1,6- difosfato
2)defosfoenzima + glu 1,6- difosfato fosfonzima+ glu 6P
2) Disaccaridi: maltosio, lattosio, saccarosio
 Idrolizzati nelle cellule di rivestimento nell’intestino
tenue in esosi:
- maltosio + H2O  2 glucosio
α GLUCOSIDASI
- lattosio + H2O  galattosio + glucosio
β GALATTOSIDASI
- saccarosio + H2O  glucosio + fruttosio
β FRUTTOFURANOSIDASI
Punti di regolazione della glicolisi
 Ingresso nella glicolisi:
- Esochinasi e Glucochinasi
- Glicogeno fosforilasi
 Sequenza glicolitica:
- Fosfofruttochinasi
- Piruvato chinasi