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
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