Lez-TOX-2014-glicolisi

GLICOLISI
È la parte iniziale del processo di
degradazione ossidativa dei
carboidrati.
Durante la loro ossidazione
l’energia immagazzinata nel loro
scheletro carbonioso è utilizzata
per produrre ATP e NADH
Dai polissaccaridi di riserva e
polissaccaridi/oligossaccaridi
introdotti con la dieta
ADP
ATP
ATP
Condizioni
aerobiche
Condizioni
anaerobiche
1a reazione: il glucosio, distribuito ai diversi tessuti tramite il circolo sanguigno e
internalizzato nelle cellule, viene fosforilato in posizione 6 dall’enzima ESOCHINASI
ESOCHINASI
D-GLUCOSIO
Nei mammiferi: 4 forme di Esochinasi
I, II e III
Km ~ 10-1-10-3 mM
IV (glucochinasi)
Km ~ 10 mM
D-GLUCOSIO-6-fosfato
Inibite dal prodotto (G6P)
Non inibita dal G-6P
È attiva nel fegato e risponde a forti aumenti della [glucosio] ematica: dopo
i pasti, quando il livello ematico basale di glucosio è superiore a 5 mM.
2a reazione: isomerizzazione del glucosio 6-fosfato in fruttosio 6-fosfato
Glucosio 6-fosfato
isomerasi
Glucosio 6-fosfato
anomero α
Fruttosio 6-fosfato
anomero α
3a reazione
OH
OH
CH2―OH
1
Fruttosio 6-fosfato
Fosfofruttochinasi-1
(PFK-1)
CH2―OPO321
Fruttosio 1,6-bisfosfato
PFK-1 = enzima allosterico regolato
Inibito da ATP, citrato
Attivato da AMP, ADP e da fruttosio 2,6-bisfosfato (il cui livello è
sotto controllo ormonale)
Alte [ATP] e basse [AMP, ADP] = segnalano che la via glicolitica deve diminuire la
sua attività
Basse [ATP] e alte [AMP, ADP] = segnalano che la glicolisi deve essere incrementata
per mandare avanti la produzione mitocondriale di ATP
4a reazione
OH
CH2OPO321
ALDOLASI
Fruttosio 1,6-bisfosfato
Reazione reversibile, è prossima
all’equilibrio nelle cellule
Diidrossiacetone
fosfato
Deriva dagli atomi di
carbonio 1, 2 e 3 del
glucosio
Gliceraldeide 3fosfato
Deriva dagli atomi di
carbonio 4, 5 e 6 del glucosio
5a reazione
Delle 2 molecole prodotte dalla scissione del fruttosio 1,6-bisfosfato solo la
gliceraldeide 3-P è il substrato della successiva reazione della glicolisi, perciò il
diidrossiacetonefosfato viene rapidamente convertito in D-gliceraldeide-3-fosfato
Reazione prossima
all’equilibrio
Molto rapida
Trioso-fosfato
isomerasi
Diidrossiacetone fosfato
D-Gliceldeide 3-fosfato
È rapidamente formata ma è anche
rapidamente consumata dal passaggio
successivo: la concentrazione di gliceraldeide 3fosfato è mantenuta pressoché costante.
Da 1 molecola di glucosio abbiamo ottenuto 2 molecole di gliceraldeide 3-P e
consumato 2 molecole di ATP
Il NADH prodotto in questa reazione DEVE essere
ri-ossidato affinché la glicolisi non si fermi
(2 x)
(2 x)
Gliceraldeide
3-fosfato
Gliceraldeide
3-fosfato
deidrogenasi
Fosfato
inorganico
Reazione di ossidoriduzione:
NAD+ viene ridotto
CHO in 1 viene ossidato a COOH
Reazione esoergonica
L’energia liberata dall’ossidoriduzione è
utilizzata per formare un acil-fosfato e quindi
immagazzinata sotto forma di elevato
potenziale di trasferimento del gruppo fosfato.
(2 x)
1,3-bisfosfoglicerato
Meccanismo di reazione della
reazione catalizzata dalla
glicerladeide 3-P deidrogenasi
Cys S
Cys S
H
Cys S
Intermedio
tioacetale
Complesso enzimasubstrato: Cys
acida del sito attivo
attacca il gruppo
aldeidico della
GA3P
H
Entrano
NAD+ e
GA3P
Cys S
Cys S
1,3-BPG
Il NAD+ strappa uno
ione idruro :H¯ dal
carbonio 1 della GA3P
Il tioacetale si
trasforma in un
intermedio
tioestere
Entra un fosfato
inorganico
E avviene una
fosforolisi
Anidride mista ad
alta energia
Fosforilazione a livello del
substrato in cui sono prodotti
2 ATP/glucosio
X2
1,3-bisfosfoglicerato
+
ADP
Fosfoglicerato
chinasi (PGK)
Nella cellula è una reazione
prossima all’equilibrio
(è importante che possa avvenire
anche nel verso opposto)
X2
3-fosfoglicerato +
ATP
Arsenato (AsO43-) = compete con il fosfato per il suo sito di legame con la
gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi.
Il prodotto che si ottiene è 1-arseno-3-fosfoglicerato
O
ll
As―Ol
O-
Composto instabile
Si scinde rapidamente e
non enzimaticamente
H2O
AsO43-
3-fosfoglicerato
In presenza di arsenato viene prodotto
3-fosfoglicerato saltando il passaggio catalizzato
dalla fosfoglicerato chinasi che produce ATP: la
glicolisi procede ma con una resa energetica
minore!
L’arsenato è un veleno perché può rimpiazzare il
fosfato in diverse reazioni metaboliche.
Bypass del 2,3-BPG nei globuli rossi: ~20% di 1,3-BPG è dirottato verso la
produzione di 2,3-BPG
Questa mutasi negli eritrociti rilascia
il 2,3-BPG dal sito attivo
bisfosfoglicerato
mutasi
1,3-BPG
―OPO32-
2,3-BPG
Se il 2,3-BPG negli eritrociti è in
eccesso interviene la
bisfosfoglicerato fosfatasi
Modula
l’ossigenazione
dell’emoglobina
Rientra nella glicolisi
3-fosfoglicerato
Interconversione
prossima all’equilibrio
Fosfoglicerato
mutasi
3-fosfoglicerato
X2
2-fosfoglicerato
X2
La fosfoglicerato mutasi è fosforilata su una His
del sito attivo: la fosfo-His trasferisce il fosfato sul
C-2 del substrato
Si riforma il
fosfoenzima
Si forma 2,3-BPG
L’His viene rifosforilata col
fosfato proveniente dal C-3
del 2,3-BPG
Disidratazione: un fosfoestere è convertito in un estere enol-fosfato
Elevato potenziale di
trasferimento del gruppo
fosfato
X2
2Mg2+
X2
ENOLASI
2-fosfoglicerato
fosfoenolpiruvato
+
Mg2+, K+
X2
PIRUVATO
CHINASI
PIRUVATO
ATP
X2
PIRUVATO CHINASI = enzima regolato
Inibita allostericamente dall’ATP
e dall’Acetil-CoA (prodotto in grande quantità
dall’ossidazione degli ac. grassi. Viene inibita la glicolisi quando è intensa la
degradazione dei grassi).
Attivata allostericamente dal fruttosio 1,6-bisfosfato (prodotto dall’azione
della PFK-1, in modo che la regolazione della PFK-1 sia coordinata con
quella della piruvato chinasi)
È anche modulata attraverso la fosforilazine/defosforilazione negli epatociti
e nelle cellule intestinali dei mammiferi (processo che è sotto controllo
ormonale)
ΔG’ = -33.5 KJ/mol
Punto di controllo
Reazione irreversebile
ΔG’ = -2.5 KJ/mol
ΔG’ = -22.5 KJ/mol
ΔG’ = -1.3 KJ/mol
ΔG’ = +2.5 KJ/mol
ΔG’ = -3.4 KJ/mol
Punto di controllo
Reazione irreversebile
RESA ENERGETICA:
4 molecole di ATP prodotte - 2
consumate nella 1a fase =
2 ATP prodotte per ogni glucosio
ossidato
ΔG’ = +2.6 KJ/mol
ΔG’ = +1.6 KJ/mol
2 NADH prodotti per ogni glucosio
ossidato
ΔG’ = -6.6 KJ/mol
ΔG’ = -33.4 KJ/mol
ΔG’
= -96.2 KJ/mol
Punto di controllo
Reazione irreversebile