Energia libera di ossidazione di composti monocarboniosi
Quando una molecola organica,
più complessa dei composti monocarboniosi illustrati in figura,
viene ossidata,
la reazione di ossidazione coinvolge un atomo di carbonio alla volta.
La fermentazione fornisce soltanto una frazione dell’energia resa disponibile dalla combustione completa del glucosio.
Perché una via metabolica relativamente inefficiente,
viene così ampiamente utilizzata da una vasta gamma di organismi (anaerobi obbligati ed anaerobi facoltativi)
per vivere in ambienti quali il suolo, le acque profonde o i pori cutanei ?
Perché non richiede ossigeno.
Fotografia al microscopio elettronico a scansione del Lactobacillus (22.245x)
Questo genere di batteri fermenta il Glucosio trasformandolo in acido lattico.
Il batterio Lactobacillus è anche
un componente della flora batterica umana normale del tratto urogenitale
dove, grazie alla sua capacità di generare un ambiente acido,
impedisce la crescita di batteri nocivi.
Nella maggior parte delle cellule di mammifero,
la concentrazione di glucosio è controllata da
TRASPORTATORI DI MEMBRANA
soggetti a regolazione (Insulina per Miociti, Adipociti e Neuroni)
ed è inferiore alla sua concentrazione ematica 5mM (80-130 mg/100ml)
Al contrario
il glucosio entra liberamente nelle cellule del
Fegato e Pancreas
ed in esse la sua concentrazione è simile a quella ematica.
Modello di un trasportatore di glucosio nei mammiferi
I trasportatori di glucosio sono membri di una superfamiglia di trasportatori
detta superfamiglia dei facilitatori maggiori (MF),
che trasportano zuccheri in organismi molto diversi, come Escherichia coli,
Trypanosoma brucei (che causa la Tripanosomiasi africana o malattia del sonno africana)
e la specie umanana.
La famiglia dei trasportatori di glucosio
Nome
Localizzazione cellulare
Km
Commenti
GLUT1
Tutti i tessuti dei mammiferi
1mM
Captazione basale del glucosio
GLUT2
Fegato e cellule del pancreas
15-20 mM
Nel Pancreas svolge un ruolo di regolazione
dell’insulina
nel Fegato rimuove dal sangue il glucosio in
eccesso
GLUT3
Tutti i tessuti dei mammiferi
5 mM
La quantità presente nelle membrane
plasmatiche delle cellule muscolari aumenta
in risposta all’esercizio fisico protratto
GLUT5
Intestino tenue
GLUT4
Tessuto muscolare e cellule adipose
1mM
-
Captazione basale del glucosio
Principalmente un trasportatore di Fruttosio
TRASPORTATORI DI GLUCOSIO
G L U T
Trasportano Glcucosio dentro e fuori dalle cellule
1 - del CERVELLO, del MUSCOLO, del TESSUTO ADIPOSO ed in misura minore del FEGATO
2 - principalmente del FEGATO e delle CELLULE DEL PANCREAS
3 - del CERVELLO e del TESSUTO NERVOSO
4 - del MUSCOLO e del TESSUTO ADIPOSO
( n.b. è sensibile all’insulina)
5 - del DUODENO (nel circolo sanguigno o per
assumere FRUTTOSIO dal lume intestinale)
7 - DAL RETICOLO ENDOPLASMATICO degli EPATOCITI
nel CITOPLASMA
Assunzione di glucosio regolata
da un processo di esocitosi/endocitosi, sensibile all’insulina, dei trasportatori di glucosio.
Dopo stimolazione con
insulina,
- queste vescicole fondono con la
membrana plasmatica,
mediante esocitosi,
e
- producono
un aumento del numero di
trasportatori sulla membrana
plasmatica,
che
- determina
un incremento proporzionale
della velocità di assunzione di
Glc nella cellula.
Allo stato basale
Le cellule conservano la
maggior parte della loro
proteina trasportatrice di
glucosio in vescicole
membranose interne.
Cellule
del tessuto adiposo
e
del tessuto muscolare
(Glucochinasi)
Fosfoglucosio
isomerasi
Struttura della Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi
Il polipeptide si ripiega in due domini distinti:
Il primo dominio lega
il NAD+
Il secondo dominio lega
la gliceraldeide 3P
Dominio a cui si lega
la Gliceraldeide - 3 - fosfato
Subunità dell’enzima Gliceraldeide - 3 - fosfato deidrogenasi
CONTROLLO DELLA GLICOLISI EPATICA
ADP
F6P
ADP
F1,6P
PEP
PFK1
Pi
ATP
PIR
PK
ATP
CITRATO
PFK2
F2,6Pasi
IPOGLICEMIA
ADP
H2O
GLUCAGONE
F2,6P
Pancreas
Patologia Ereditaria da carenza di Glucochinasi
È responsabile della diminuzione della concentrazione di 2,3 bisfosfoglicerato,
di conseguenza,
determina un aumento di affinità della emoglobina per l’ossigeno e, quindi,
causa
IPOSSIA TISSUTALE
Gli enzimi glicolitici
sono particolarmente attivi nei tessuti
(es. muscolo scheletrico, eritrociti, epitelio intestinale,
cellule embrionali e tumorali)
predisposti a produrre energia anche in condizioni di anaerobiosi.
In mancanza di ossigeno il Piruvato viene ridotto a Lattato nel citoplasma,
facendo contrarre alla cellula un “debito di ossigeno”.
Quando l’ossigeno sarà disponibile,
questo debito sarà pagato con la
riossidazione del Lattato a Piruvato e con la completa ossidazione di quest’ultimo.
La straordinaria efficienza della
GLICOLISI ANAEROBIA
delle
Cellule Embrionali e Tumorali
spiega la loro capacità a sopravvivere e moltiplicarsi
anche in condizioni di scarso apporto di ossigeno.
Alterazione dell’espressione genica nei tumori causata dall’ipossia
Fattore di trascrizione
inducibile dell’ipossia
Le condizioni ipossiche esistenti all’interno di una massa tumorale determinano
l’attivazione di HIF-1, che induce l’adattamento metabolico ed attiva i fattori
angiogenici che stimolano la crescita di nuovi vasi sanguigni.
Al contrario
I TESSUTI TIPICAMENTE AEROBICI
come il
CUORE e CERVELLO,
più degli altri sensibili alla deficienza di ossigeno,
sono dotati di enzimi glicolitici molto meno efficienti.
Molti adulti sono intolleranti al latte poiché hanno una carenza di lattasi.
In questi individui il lattosio è una buona fonte di energia per i microrganismi del colon ,
i quali lo fermentano ad acido lattico
con la concomitante produzione di metano (CH4) ed idrogeno (H2),
che creano la sgradevole sensazione di distensione dell’intestino ed
il fastidioso problema della flatulenza.
L’acido lattico prodotto dai microrganismi è osmoticamente attivo
e fa affluire acqua nell’intestino,
così come fa il lattosio non digerito, con conseguente diarrea.
Se di grado abbastanza elevato,
il gas e la diarrea ostacolano l’assorbimento di altri nutrienti come i grassi e le proteine.
Il TRATTAMENTO più semplice consiste
- nell’evitare di consumare prodotti contenenti molto lattosio oppure
- ingerire l’enzima lattasi insieme ai prodotti lattiero-caseari.
