Glicolisi e catabolismo degli esosi
Il D-glucosio occupa un ruolo di rilievo nel metabolismo essendo la principale sostanza nutriente
per la maggior parte degli organismi. La sua ossidazione completa a CO2 e acqua è in grado si
produrre una variazione nell’energia libera di -2840 kj/mole (pari a circa 679 kcal/mole)
Un altro dei vantaggi, oltre a quello energetico, del glucosio è la capacità di generare un gran
numero di precursori, per molte reazioni di biosintesi. Nella glicolisi una molecola di glucosio viene
degradata mediante una serie di reazioni in due molecole di piruvato. Parte dell’energia libera
rilasciata dal glucosio viene convertita in ATP. La glicolisi è la via principale per il catabolismo del
glucosio.
In numerose cellule (tra cui quelle del cervello) la demolizione del glucosio attraverso la glicolisi è
la sola, o la principale, fonte di energia metabolica. La degradazione anaerobica del glucosio (e di
altri nutrienti organici) al fine di ottenere energia sottoforma di ATP è denominata fermentazione,
ed è anche il primo meccanismo biologico cui gli organismi hanno attinto per la produzione
energetica, quando fecero la loro comparsa sulla terra (in un ambiente privo di ossigeno).
La demolizione del glucosio (zucchero a 6 atomi di carbonio) in due molecole di piruvato
(composto a tre atomi di carbonio), richiede 10 tappe di cui le prime 5 costituiscono la fase
preparatoria.
tappa 1: il glucosio (C6H1206) viene fosforilato sul gruppo ossidrilico C-6 (viene quindi aggiunto un
Pi a spese di una molecola di ATP al livello del suo atomo C-6). Tale reazione, catalizzata
dall’esochinasi, è irreversibile nell’ambiente cellulare e, per avvenire, ha bisogno di un ambiente in
cui vi siano ioni Mg2+;
tappa 2: il D-glucosio-6-fosfato, così formato nella tappa 1, è convertito in Dfruttosio-6-fosfato,
zucchero a identica composizione atomica, ad opera della fosfoesosio isomerasi, che converte
reversibilmente un aldosio (il glucosio) in un chetosio (il fruttosio), anche questo enzima necessita
di ioni Mg2+;
tappa 3: il D-fruttosio-6-fosfato viene nuovamente fosforilato (a spese di una
nuova molecola di ATP) sul C-1 divenendo D-fruttosio-1,6-bisfosfato ad opera della
fosfofruttochinasi-1, tale reazione è sostanzialmente irreversibile
nell’ambinente intracellulare;
tappa 4: il D-fruttosio-1,6-bisfosfato viene scisso in due molecole a tre atomi di
carbonio, il diidrossiacetonefosfato e la gliceraldeide-3-fosfato (gap), tale rottura
avviene per opera dell’aldolasi;
tappa 5: il diidrossi acetone fosfato viene isomerizzato a gap dalla triosio fosfato isomerasi,
ottenendo quindi (sino a questo punto), 2 molecole di gliceraldeide-3-fosfato, a spese di due
molecole di ATP convertite in ADP, e concludendo la prima fase della glicolisi, ovvero la fase
preparatoria che serve a rompere la molecola di glucosio iniziale in due molecole a tre atomi di
carbonio, con una spesa energetica di due atp necessaria ad innalzare l’energia libera degli
intermedi della via metabolica;
tappa 6: ogni molecola di gliceraldeide-3-fosfato viene ossidata e fosforilata da
parte del fosfato inorganico formando 1,3-bisfosfoglicerato, questa tappa è la
prima delle due reazioni durante le quali avviene la conservazione dell’energia
prodotta con la glicolisi e che porta alla formazione di ATP. Il gruppo aldeidico della
gliceraldeide viene deidrogenato ad acil fosfato (anidride e acido fosforico)
avente energia libera da idrolisi molto elevata e pari a -49 Kj/mole, Il
trasferimento di uno ione idruro (:H-) dal gruppo aldeidico della gliceraldeide al
NAD+, genera la forma ridotta di quest’ultimo: il NADH. L’altro atomo di idrogeno
del substrato compare nella soluzione sottoforma di ione H+, Poiché le cellule
hanno un contenuto relativamente limitato di NAD+, il NADH dev’essere
rapidamente riossidato a NAD+ per non interrompere la glicolisi;
tappa da 7 a 10: le due molecole di 1,3-bisfosfoglicerato sono convertite in due
molecole di piruvato con conseguente rilascio di energia, immagazzinata in
massima parte in 4 molecole di adp fosforilate ad atp, con una resa netta di due
molecole di atp per ogni molecola di glucosio (tenuto conto delle due impiegate
nella reazione), e due molecole di NADH.
