La Glicolisi
Dipartimento di Oncologia Sperimentale e Applicazioni Cliniche
“Sezione di Biochimica”
Facoltà di Medicina e Chirurgia
“Laboratorio di Vitaminologia”
U.O. di Analisi Microbiologiche, Virologiche e Parassitologiche
A.O.U.P “P. Giaccone”
Prof. Gennaro Taibi
Il glucosio entra nelle cellule, secondo gradiente di concentrazione.
L’ingresso è mediato da specifici trasportatori (GLUT). Il glucosio
una volta entrato nella cellula viene fosforilato a glucosio-6-P.
Tutte le cellule fanno glicolisi
La glicolisi è costituita da 10 reazioni che avvengono con
velocità e finalità differenti
E’ possibile identificare due fasi:
• FASE I
In questa fase si utilizzano due molecole di ATP ed una
molecola di glucoso viene convertita in due molecole di
Gliceraldeide-3-P
• FASE II
In questa fase l’energia liberata nel processo viene
conservata dalla cellula con produzione di 4 molecole di
ATP e 4 di NADH
I prodotti finali della glicolisi sono due molecole di piruvato
Il piruvato può avere destini differenti
Prima fase
Fosforilazione del glucoso
• Catalizzata dalla esochinasi o dalla sua isoforma
glucochinasi
• E’ una reazone di innesco in cui viene consumata una
molecola di ATP
• L’esochinasi (e la glucochinasi) agiscono per
fosforilare il glucoso e trattenerlo all’interno delle
cellule
• La Km per il glucosio è 0.1 mM; la cellula ha 4 mmol di
glucoso, quindi l’esochinasi è normalmente attiva
• La glucochinasi (Kmglucosio = 10 mM) agisce solo
quando la [glucoso] nella cellula è alta.
• L’esochinasi è altamente regolata: inibita
allostericamente dal prodotto glucoso-6-P
FASE I
una molecola di
glucoso viene
convertita in due
molecole di
Gliceraldeide-3-P
Fosfoglucoisomerasi
Isomerizzazione di una molecola di
Glucoso-6-P a Fructoso-6-P
– 1° Questa reazione favorisce la
successiva reazione di fosforilazione al C1
(sarebbe più sfavorevole come emiacetale
–OH),
– 2° l’isomerizazione activa il C-3 per la
successiva scissione (aldolasi)
Fosfofrutto-1-chinasi
• E’ la seconda reazione di innesco della glicolisi ed
è la tappa regolativa
• Ha un DG negativo,
• PFK è altamente regolata
• ATP inibisce, AMP reverte l’inibizione
• Il citrato è un inibitore allosterico
• Fruttoso-2,6-bisfosfato è un attivatore allosterico
• L’attività PFK-1 aumenta quando la carica
energetica è bassa
• L’attività PFK-1 decrementa quando la carica
energetica è alta
Aldolasi
Una molecola a C6 viene scissa in due
molecole da C3
• Il meccanismo di reazione prevede la
formazione di una base di Schiff tra il
carbonile del substrato e una lisina nel
sito attivo dell’enzima.
Trioso fosfato isomerasi
Il Diossiacetone-P viene convertito in Gliceraldeide 3-P
FASE II
due molecole di
Gliceraldeide-3P vengono
convertite in
due molecole di
acido piruvico
La Gliceraldeide 3-P Deidrogenasi
FOSFOGLICERICO CHINASI
Viene sintetizzata una molecola di ATP
da un fosfato ad alta energia
• E’ una fosforilazione a livello del
substrato
• Negli eritrociti questa reazione viene
bypassata per la formazione del 2,3BPG
FOSFOGLICERATO MUTASI
Trasferisce il gruppo fosfato
dal C-3 al C-2 del 3-fosfoglicerato
ENOLASI
da acido 2-P-glicerico a fosfoenolpiruvico
• E’ una reazione di deidratazione che comporta
la produzione di un composto ad alta energia:
la forma enolica fosforilata dell’acido piruvico
Piruvato chinasi
Nella reazione da PEP a Piruvico si
forma una molecola di ATP
• L’enzima è attivato allostericamente da
AMP e F-1,6-P
• e inibito da ATP e acetil-CoA
Regulation of pyruvate kinase. The enzyme is allosterically inhibited by ATP, acetyl-CoA, and long-chain fatty acids (all signs of an
abundant energy supply), and the accumulation of fructose 1,6-bisphosphate triggers its activation. Accumulation of alanine, which
can be synthesized from pyruvate in one step, allosterically inhibits pyruvate kinase, slowing the production of pyruvate by glycolysis.
The liver isozyme (L form) is also regulated hormonally. Glucagon activates cAMP-dependent protein kinase , which phosphorylates
the pyruvate kinase L isozyme, inactivating it. When the glucagon level drops, a protein phosphatase (PP) dephosphorylates
pyruvate kinase, activating it. This mechanism prevents the liver from consuming glucose by glycolysis when blood glucose is low;
instead, the liver exports glucose. The muscle isozyme (M form) is not affected by this phosphorylation mechanism.
Two alternative fates for
pyruvate.
Pyruvate can be converted
to glucose and glycogen via
gluconeogenesis or oxidized
to acetyl-CoA for energy
production.
The first enzyme in each
path is regulated
allosterically; acetyl-CoA,
produced either by fatty acid
oxidation or by the pyruvate
dehydrogenase complex,
stimulates pyruvate
carboxylase and inhibits
pyruvate dehydrogenase.
REGOLAZIONE DELLA GLICOLISI
Tre siti principali di regolazione:
•
Esochinasi
•
Fosfofrutto 1-chinasi
•
Piruvato chinasi
Il regolatore della Fosfofruttochinasi-1
(PFK1)
La Fosfofruttochinasi-2 (PFK2)
sintetizza il Fruttosio 2,6-P
La Fosfofruttochinasi-2 è regolata
per fosforilazione/defosforilazione
Regolazione della sintesi e
della degradazione del Fruttosio 2,6 P
Regolazione dell’attività
catalitica della piruvico chinasi
Effect of type 1 diabetes on carbohydrate and fat metabolism in an
adipocyte.
Normally, insulin triggers the insertion of
GLUT4 transporters into the plasma
membrane by the fusion of GLUT4containing vesicles with the membrane,
allowing glucose uptake from the blood.
When blood levels of insulin drop, GLUT4 is
resequestered in vesicles by endocytosis. In
insulin-dependent diabetes mellitus, these
normal processes are inhibited as indicated
by X. The lack of insulin prevents glucose
uptake via GLUT4; as a consequence, cells
are deprived of glucose and blood glucose is
elevated. Lacking glucose for energy supply,
adipocytes break down triacylglycerols
stored in fat droplets and supply the resulting
fatty acids to other tissues for mitochondrial
ATP production. Two byproducts of fatty acid
oxidation in the liver accumulate and are
released into the blood, providing fuel for the
brain but also decreasing blood pH, causing
ketoacidosis. The same sequence of events
takes place in muscle, except that myocytes
do not store triacylglycerols and instead take
up fatty acids that are released into the blood
by adipocytes.
Destini metabolici dell’acido
piruvico
• In condizioni aerobiche: trasloca nel
mitocondrio e viene avviato al ciclo di Krebs
• In condizioni anaerobiche: sarà substrato della
LDH per formare lattato e riossidare il NADH
Destini metabolici del NADH
In condizioni aerobiche: gli elettroni del
NADH vengono trasferiti nel mitocondrio
attraverso uno dei sistemi shuttle e avviati
alla catena di trasporto degli eIn condizioni anaerobiche: il NADH verrà
riossidato dalla lattico deidrogenasi (LDH),
ristabilendo la quota di NAD+ necessario
affinchè la via glicolitica possa continuare
FERMENTAZIONE
LATTICA
Shuttle del
Glicerolo 3-P
Shuttle Malato-Aspartato
Alla glicolisi possono essere
avviati anche altri substrati
•Fruttoso
•Mannoso
•Galattoso
Conversione del
Galattosio in UDP
Glucosio e
successivamente in
Glucosio 1-P
I° Tappa: Fosforilazione del Galattosio a Galattosio 1P
II° Tappa: Uridilazione del Galattosio 1-P
per intervento di una uridiltransferasi
III° Tappa: Ossidazione del gruppo alcolico al C4
E sua successiva riduzione con produzione
dell’epimero “UDP-Glucosio”
