Catabolismo delle
sostanze nutrienti
Acidi
grassi
Amminoacidi
glucosio
Glicolisi
e-
Esso può essere diviso in tre fasi
piruvato
Complesso
della piruvato
deidrogenasi
e-
e-
CO2
Acetil-CoA
e-
Fase 1: Produzione di Acetil-CoA
Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA
Ossalacetato
Citrato
Ciclo
edell’acido
ecitrico
eCO2
Fase 3: Trasferimento degli elettroni e
fosforilazione ossidativa
e-
NADH
FADH2
(trasportatori
Ridotti di e-)
e-
2H+ + 1/2O2
Catena respiratoria
(trasferimento degli
Elettroni)
ADP + Pi
CO2
ATP
H2 O
GLICOLISI
• Il glucosio è la principale sostanza nutriente
• Precursore di molte molecole
• La sua ossidazione ad H2O e CO2 libera
2840 kJ/mole
• Altri zuccheri diversi del glucosio entrano
nella glicolisi
• Saccarosio, Lattosio, Maltosio, Trealosio,
…
Nella glicolisi, una molecola di glucosio viene
degradata in due molecole di piruvato mediante
una serie di reazioni catalizzate da enzimi.
Una parte dell’energia libera rilasciata dal
glucosio viene convertita in ATP
La glicolisi è una via metabolica ben studiata in
quanto è la via centrale del catabolismo del
glucosio.
Nel corso dell’evoluzione la sequenza delle
reazioni è stata conservata.
Tre possibili destini del glucosio
Glucosio
Glicolisi
(10 reazioni
successive)
Condizioni
anaerobiche
2 Etanolo + 2 CO2
2 Puruvato
2 Lattato
O2
Fermentazione
Alcolica
Nel lievito
Condizioni
anaerobiche
CO2
2 Acetil-CoA
O2
Ciclo
dell’acido
citrico
4 CO2 + 4 H2O
Fermentazione a
lattato nel muscolo
in attività, negli
eritrociti e in alcuni
microrganismi
La glicolisi è divisa in due fasi
Glucosio
1
Fase
Preparatoria
(-ATP)
Piruvato
Fase
di recupero
Glucosio-6-fosfato
10
(+2 ATP)
2
Fosfoenolpiruvato
Fruttosio-6-fosfato
9
3
(-ATP)
2-fosfoglicerato
Fruttosio-1,6-bisfosfato
8
4
Gliceraldeide-3-fosfato
5
Diidrossiacetone-3-fosfato
6
(-2 NAD+)
3-fosfoglicerato
7
(+2 ATP)
1,3-bisfosfoglicerato
Prima tappa
Fosforilazione del glucosio
ATP
HO CH2
O
H
H
OH
H
H
OH
HO
H
OH
Glucosio
ADP
Mg2+
Esochinasi
O
O P O CH2
O
O
H
H
OH
H
H
OH
HO
H
OH
Glucosio-6-fosfato
DG°’= -16,7 kJ/mole
Seconda tappa
Conversione del glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato
O
O P O CH2
O
O
O
H
H
OH
H
H
O P O CH2 O
O
H
OH
HO
Mg2+
OH
Glucosio-6-fosfato
Fosfoesosio
isomerasi
H
CH2 OH
HO
OH
H
OH
H
Fruttosio-6-fosfato
DG°’= 1,7 kJ/mole
Terza tappa
Fosforilazine del fruttosio-6-fosfato a fruttosio-1,6-bisfosfato
ATP
O
O P O CH2 O
O
H
CH2 OH
O
ADP
O P O CH2 O
Mg2+
O
HO
OH
H
Fruttosio-6-fosfato
H
CH2 O P O
Fosfofruttochinasi-1
O
HO
OH
H
OH
H
O
OH
H
Fruttosio-1,6-bisfosfato
DG°’= -14,2 kJ/mole
Quarta tappa
Rottura del fruttosio-1,6-bisfosfato
O
O
O P O CH2 O
O
H
CH2 O P O
O
HO
OH
H
Aldolasi
Fruttosio-1,6-bisfosfato
O
O P O CH2
O
OH
H
O
+
O C
CH2 O P O
HC OH
O
O CH
HO CH2
Diidrossiacetone
fosfato
Gliceraldeide3-fosfato
DG°’= 23,8 kJ/mole
Quinta tappa
Interconversione dei triosi fosfati
O
O
O P O CH2
O
CH2 O P O
O C
HO CH2
Diidrossiacetone
fosfato
HC OH
Trioso fosfato
isomerasi
O
O CH
Gliceraldeide3-fosfato
DG°’= 7,5 kJ/mole
Sesta tappa
Ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato
NAD+
NADH + H+
O
CH2 O P O
CH2 O P O
HC OH
O CH
O
O
HC OH
O
O P OH
O
Gliceraldeide3-fosfato
Gliceraldeide-3Fosfato
deidrogenasi
O C
O
O
O P O
O
1,3-bisfosfoglicerato
DG°’= 6,3 kJ/mole
Settima tappa
Trasferimento del gruppo fosforico all’ADP
O
CH2 O P O
HC OH
O C
O
O
O P O
O
1,3-bisfosfoglicerato
ADP
ATP
Mg2+
O
CH2 O P O
HC OH
Fosfoglicerato
chinasi
O
O C
O
3-fosfoglicerato
DG°’= -18,8 kJ/mole
Ottava tappa
Conversione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato
O
CH2 O P O
HC OH
O
O C
O
3-fosfoglicerato
Mg2+
Fosfoglicerato
mutasi
HO CH2
H
C O
O
P O
O
O C
O
2-fosfoglicerato
DG°’= 4,4 kJ/mole
Nona tappa
Deidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato
H2O
HO CH2
H
C O
O
CH2
O
P O
C O
P O
O
O C
O
2-fosfoglicerato
Enolasi
O
O C
O
Fosfoenolpiruvato
DG°’= 7,5 kJ/mole
Decima tappa
Trasferimento del fosfato all’ADP
ATP
ADP
CH2
O
C O
P O
O
O C
O
Fosfoenolpiruvato
Mg2+,
K+
Piruvato
chinasi
CH3
C O
O C
O
Piruvato
DG°’= -31,4 kJ/mole
Bilancio complessivo della glicolisi in
condizioni aerobiche
2 ADP + Pi
2 NAD+
HO CH2
O
H
H
OH
2 NADH + H+
CH3
H
C O
H
OH
HO
2 ATP
2
O C
O
H
OH
Glucosio
Piruvato
In condizioni anaerobiche
il NAD+ viene rigenerato
NADH + H+
NAD+
O
O
O C
O C
C O
CH3
H C OH
Lattato
deidrogenasi
Piruvato
Fermentazione lattacida
CH3
Lattato
DG°’= -25,1 kJ/mole
Bilancio complessivo della glicolisi in
condizioni anaerobiche
2 ADP + Pi
HO CH2
O
H
H
OH
H
OH
H
H
OH
HO
2 ATP
OH
Glucosio
O C
2
H C OH
CH3
Lattato
Nella fermentazione alcolica il piruvato
viene convertito in etanolo con due reazioni
CO2
O
O C
C O
CH3
Piruvato
H
O
C
TPP,
C
Mg2+
CH3
Piruvato
decarbossilasi
NADH + H+
H
O
NAD+
Acetaldeide
OH
CH2
CH3
CH3
Acetaldeide
Etanolo
Alcol deidrogenasi
Regolazione del catabolismo dei carboidrati
Glucosio
1
Piruvato
(l’esochinasi è inibita dal suo prodotto)
(la piruvato chinasi è inibita dall’ATP)
Glucosio-6-fosfato
10
2
Fosfoenolpiruvato
Fruttosio-6-fosfato
9
3
(la fosfofruttochinasi è inibita da ATP e citrato ed
è attivata da AMP, ADP e fruttosio-2,6-bisfosfato)
2-fosfoglicerato
Fruttosio-1,6-bisfosfato
8
4
Gliceraldeide-3-fosfato
5
Diidrossiacetone-3-fosfato
6
3-fosfoglicerato
7
1,3-bisfosfoglicerato
Catabolismo delle
sostanze nutrienti
Acidi
grassi
Amminoacidi
glucosio
Glicolisi
e-
Esso può essere diviso in tre fasi
piruvato
Complesso
della piruvato
deidrogenasi
e-
e-
CO2
Acetil-CoA
e-
Fase 1: Produzione di Acetil-CoA
Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA
Ossalacetato
Citrato
Ciclo
edell’acido
ecitrico
eCO2
Fase 3: Trasferimento degli elettroni e
fosforilazione ossidativa
e-
NADH
FADH2
(trasportatori
Ridotti di e-)
e-
2H+ + 1/2O2
Catena respiratoria
(trasferimento degli
Elettroni)
ADP + Pi
CO2
ATP
H2 O
Ciclo dell’acido citrico
o ciclo degli acidi tricarbossilici
o ciclo di Krebs
Prima di entrare nel ciclo il piruvato
deve essere convertito in acetil-CoA
CO2
NAD+
NADH
CoA-SH
O C
+
TPP,lipoato,
O
S-CoA
C O
FAD
C
CH3
Complesso della
CH3
Piruvato Deidrogenasi
Piruvato
(E1, E2, E3)
Acetil-CoA
O
DG°’= -33,4 kJ/mole
Complesso della piruvato deidrogenasi
O
E1: Piruvato
deidrogenasi
24 x 96.000
O C
Piruvato
C O
OH
|
CH3-C-H
CH3
E2: diidrolipoil
transacetilasi
24 x 70.000
S
S
S
E3: diidrolipoil
deidrogenasi
12 x 56.000
E2
E3
FAD
NADH +
TPP
1
TPP
E1
Lipoillisina
ossidata
CO2
S
FAD
E2
E1
E3
H+
TPP
S
E1
E2
HS
CH3 C
S
NAD+
O
2
5
FADH2
HS
E3
Lipoillisina
ridotta
HS
TPP
S
E1
3
4
TPP
E1
E2
FAD
E2
E3
CoA-SH
O
E3
FAD
CH3 C CoA
Reazioni del ciclo dell’acido citrico
Acetil-CoA
1
Citrato
Ossalacetato
2
Isocitrato
NADH
3
8
CO2
Malato
a-chetoglutarato
7
CO2
Fumarato
6
FADH2
NADH
4
5 Succinil-CoA
Succinato
GTP
(ATP)
NADH
Prima tappa
Condensazione dell’acetil-CoA con l’ossalacetato
H2O
CoA-SH
O
O
CH3 C
S-CoA
Acetil-CoA
H2C C
O C CO O
CH2 CO O
Ossalacetato
Citrato
sintasi
O
HO C CO O
CH2 CO O
Citrato
DG°’= -32,2 kJ/mole
Seconda tappa
Formazione dell’isocitrato attraverso il cis-aconitato
O
H2C C
O
O
H2O
HO C CO O
H C H
CO O
H2C C
O
O
H2C C
H2O
C CO O
Aconitasi
C H
CO O
Citrato
Aconitato
O
H C CO O
Aconitasi
HO C H
CO O
Isocitrato
DG°’= -13,3 kJ/mole
Terza tappa
Ossidazione dell’isocitrato ad a-chetoglutarato
O
H2C C
NAD+
NADH + H+
H2C CO O
O
CH2
H C CO O
H O C H
CO O
Isocitrato
Isocitrato
deidrogenasi
+
CO2
O C
CO O
a-chetoglutarato
DG°’= -20,9 kJ/mole
Quarta tappa
Ossidazione del a-chetoglutarato a succinil-CoA
CoA-SH
NAD+
NADH + H+
H2C CO O
H2C CO O
CH2
CH2
O C
CO O
a-chetoglutarato
O C
Complesso
dell’a-chetoglutarato
deidrogenasi
+
CO2
S-CoA
Succinil-CoA
DG°’= -33,5 kJ/mole
Quinta tappa
Conversione del a succinil-CoA a succinato
H2C CO O
GDP + Pi
GTP
CoA-SH
C
CH2
CH2
O C
S-CoA
Succinil-CoA
O
O
CH2
Succinil-CoA
sintetasi
C
O
O
Succinato
DG°’= -2,9 kJ/mole
Sesta tappa
Ossidazione del succinato a fumarato
FAD
O
O
O
O
C
C
CH2
CH
CH2
CH
C
O
FADH2
O
Succinato
Succinato
deidrogenasi
C
O
O
Fumarato
DG°’= 0 kJ/mole
Settima tappa
Idratazione del fumarato per produrre malato
O
O
H2O
C
CH
HO CH
CH
HC H
Fumarasi
C
O
O
O
C
O
Fumarato
C
O
O
Malato
DG°’= -3,8 kJ/mole
Ottava tappa
Ossidazione del malato a ossalacetato
O
O
NAD+
NADH + H+
C
C
HO C H
O C
CH2
C
O
O
O
O
Malato
CH2
Malato
deidrogenasi
C
O
O
Ossalacetato
DG°’= 29,7 kJ/mole
L’energia liberata dalle ossidazioni
viene conservata nel ciclo
Numero di molecole di
ATP o di coenzima
ridotto formate
reazione
Numero di
molecole di ATP
formate
complessivamente
Glucosio glucosio-6-fosfato
- 1 ATP
-1
Fruttosio-6-fosfato fruttosio-1,6-bisfosfato
- 1 ATP
-1
2 Gliceraldeide-3-fosfato 2 1,3-bisfosfoglicerato
2 NADH
5
2 1,3-bisfosfoglicerato 2 3-fosfoglicerato
2 ATP
2
2 Fosfoenolpiruvato 2 piruvato
2 ATP
2
2 Piruvato 2 acetil-CoA
2 NADH
5
2 Isocitrato 2 a-chetoglutarato
2 NADH
5
2 a-chetoglutarato 2 succinil-CoA
2 NADH
5
2 ATP (o2 GTP)
2
2 succinato 2 fumarato
2 FADH2
3
2 Malato 2 ossalacetato
2 NADH
5
2 succinil-CoA 2 succinato
totale
32
Regolazione del ciclo dell’acido citrico
ATP, acetil-CoA, NADH, acidi grassi
AMP, CoA, NAD+, Ca2+
Piruvato deidrogenasi
Piruvato
Acetil-CoA
NADH, succinil-CoA, citrato, ATP
1 ADP
Citrato
Ossalacetato
2
Isocitrato
NADH
3
ATP
8
NADH
Malato
Ca2+,ADP
a-chetoglutarato
7
4
Succinil-CoA, NADH
Fumarato
6
FADH2
5 Succinil-CoA
Succinato
GTP
(ATP)
NADH
Ca2+
