2 a reazione della glicolisi: isomerizzazione del glucosio 6-fosfato in fruttosio 6-fosfato

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1 2 a reazione della glicolisi: isomerizzazione del glucosio 6-fosfato in fruttosio 6-fosfato Glucosio 6-fosfato isomerasi Glucosio 6-fosfato anomero α Fruttosio 6-fosfato anomero α

2 Glucosio 6-fosfato Fruttosio 6-fosfato Glucosio 6-fosfato isomerasi residuo basico: strappa 1 H + dal C2 Si forma un doppio legame C1-C2 Una coppia di e- 1 2 dell Enediolo forma un legame C-H con 1 H + donato dal 1 residuo basico 1 2 Gli elettroni del carbonile formano un OH con un H + donato da un 2 residuo basico 2 residuo basico: strappa 1 H + dall - OH in C2. In posizione C1 si è formato un gruppo ossidrilico e in posizione C2 un carbonile

3 3 a reazione: consumo di un secondo ATP per fosforilare il fruttosio 6-fosfato sul gruppo alcolico in posizione 1 OH CH 2 OH Mg 2+ Fosfofruttochinasi-1 (PFK-1) OH CH 2 OPO D-Fruttosio 6-fosfato D-Fruttosio 1,6-bisfosfato

4 4 a reazione OH CH 2 OPO ALDOLASI Fruttosio 1,6-bisfosfato Reazione reversibile, è prossima all equilibrio nelle cellule Deriva dagli atomi di carbonio 1, 2 e 3 del glucosio Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide 3- fosfato Deriva dagli atomi di carbonio 4, 5 e 6 del glucosio

5 5 a 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 3- fosfato è mantenuta pressoché costante.

6 Con la formazione di gliceraldeide 3-P termina la fase di consumo energetico: Da 1 molecola di glucosio abbiamo ottenuto 2 molecole di gliceraldeide 3-P e consumato 2 molecole di ATP La GLICERALDEIDE 3-FOSFATO deve essere OSSIDATA: IL CARBONIO ALEDIDICO (1) viene OSSIDATO IN CARBONIO CARBOSSILICO 1 H: - È TRASFERITO SUL NAD + il quale si riduce a NADH A SEGUITO DELL OSSIDAZIONE VIENE INTRODOTTO UN GRUPPO FOSFATO CHE SI LEGA AL CARBOSSILE IN POSIZIONE 1 CON UN LEGAME ANIDRIDICO L energia liberata dall ossidoriduzione è utilizzata per formare un ANIDRIDE MISTA e quindi immagazzinata sotto forma di elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosfato.

7 6 a reazione Il NADH prodotto in questa reazione DOVRA essere ri-ossidato affinché la glicolisi non si fermi (2 x) (2 x) Gliceraldeide 3-fosfato Fosfato inorganico Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi Reazione di ossidoriduzione: NAD + viene ridotto a NADH CHO in 1 viene ossidato a COOH, il quale a sua volta si impegna in un legame fosfoanidridico. (2 x) 1,3-bisfosfoglicerato

8 Meccanismo della reazione catalizzata dalla glicerladeide 3-P deidrogenasi Cys S Intermedio tioacetale Il NAD + strappa uno ione idruro :H dal carbonio 1 della GA3P Cys S H Complesso enzimasubstrato: Cys acida del sito attivo attacca il gruppo aldeidico della GA3P Cys S Il tioacetale si trasforma in un intermedio tioestere Cys S H Entrano NAD + e GA3P Cys S Entra un fosfato inorganico E avviene una fosforolisi 1,3-BPG

9 7 a reazione Anidride mista ad alta energia Fosforilazione a livello del substrato in cui sono prodotti 2 ATP/glucosio X 2 1,3-bisfosfoglicerato + ADP Nella cellula è una reazione prossima all equilibrio (è importante che possa avvenire anche nel verso opposto) Fosfoglicerato chinasi (PGK) X 2 3-fosfoglicerato + ATP

10 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 OPO 3 2-1,3-BPG Rientra nella glicolisi Se il 2,3-BPG negli eritrociti è in eccesso interviene la bisfosfoglicerato fosfatasi 2,3-BPG Modula l ossigenazione dell emoglobina 3-fosfoglicerato

11 8 a reazione X 2 Fosfoglicerato mutasi X 2 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato Interconversione prossima all equilibrio Nelson Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

12 9 a reazione X 2 2Mg 2+ ENOLASI X 2 2-fosfoglicerato Reazione di Disidratazione: un fosfoestere è convertito in un estere enol-fosfato fosfoenolpiruvato ENOL-FOSFATO: legame con elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosfato

13 10 a reazione: Fosforilazione a livello del substrato + Mg 2+, K + PIRUVATO CHINASI PIRUVATO X 2 X 2 PIRUVATO CHINASI e D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

14 Condizioni aerobiche NADH (prodotto nella glicolisi) Condizioni anaerobiche Riossidato attraverso i sistemi navetta >>> e - trasferiti nella catena di trasporto mitocondriale >>> ATP Carbossilazione a ossalacetato Gluconeogenesi Transamminazioni Transamminazione ad alanina Sintesi ac. grassi PIRUVATO Condizioni anaerobiche Fermentazione Condizioni lattica o alcolica aerobiche Acetil-CoA Riossidato nel citosol con la fermentazione lattica o alcolica Ciclo di KREBS Ossidazione completa

15 GLICOLISI AEROBIA I NADH prodotti durante la glicolisi nel citosol DEVONO ESSERE RIOSSIDATI per consentire alla glicolisi di continuare a svolgersi. In condizioni aerobiche (respirazione mitocondriale attiva), possono trasferire elettroni all interno del mitocondrio attraverso i Sistemi Navetta, in questo modo vengono recuperati NAD + citosolici necessari per la glicolisi. E viene rifornita di elettroni la catena di trasporto degli e- per la produzione di ATP SISTEMA NAVETTA diidrossiacetone-fosfato/glicerolo 3-fosfato: NEL CITOSOL: IL NADH VIENE OSSIDATO A NAD + E IL DIIDROSSIACETONEFOSFATO RIDOTTO A GLICEROLO 3-FOSFATO È SFRUTTATA L ATTIVITA DELLA GLICEROLO 3-FOSFATO DEIDROGENASI AGISCONO NEL SISTEMA NAVETTA 2 ISOFORME DELL ENZIMA: UNA FORMA CITOSOLICA NADH-dipendente UNA FORMA MITOCONDRIALE ( MEMBRANA MIT. INTERNA) FAD-dipendente

16 GLCOLISI Glicerolo 3- fosfato deidrogenasi citosolica CITOSOL G3-P deidrogenasi mitocondriale Membrana mitocondr. interna Direttamente al complesso III Produzione di 1,5 ATP/NADH con la fosforilazione ossidativa MITOCONDRIO

17 GLICOLISI ANAEROBIA In condizioni di ipossia il mitocondrio non ha a disposizione ossigeno per la catena di trasporto degli e- Non è possibile fare la fosforilazione ossidativa e produrre ATP Il piruvato non può essere convertito in acetil-coa Il NADH citosolico non è più riossidato dai sistemi navetta Si blocca il ciclo di KREBS Il NADH citosolico viene ri-ossidato attraverso i processi di Fermentazione in questo modo la glicolisi può continuare a procedere e a produrre ATP di immediato utilizzo per la cellula, anche se la fosforilazione ossidativa mitocondriale è assente, scarsa o rallentata. In queste condizioni la fonte di energia della cellula è l ATP glicolitico.

18 FERMENTAZIONE LATTICA: Nei mammiferi la produzione di lattato è essenziale negli eritrociti, nei tessuti glicolitici obbligati parti del cervello, midollare del rene- e nella cornea. In questi tipi cellulari non avvengono biosintesi, non ci sono mitocondri (eritrociti) oppure la fosforilazione ossidativa non avviene o è scarsa perché c è uno scarso apporto di ossigeno. CITOSOL Lattato deidrogenasi Piruvato L-lattato Disponibile per la gliceraldeide 3-P deidrogenasi (GLICOLISI)

19 LA FERMENTAZIONE LATTICA è UN PROCESSO CHE AVVIENE INTENSAMENTE NELLE CELLULE MUSCOLARI SOTTO INTENSO SFORZO. Ciclo di Cori: è un ciclo di metaboliti che si verifica tra il muscolo e il fegato FEGATO SANGUE Glucosio MUSCOLO Glicogeno consumato ADP+GDP +P I ATP+ GTP Glucosio gluconeogenesi Piruvato glicolisi Piruvato ATP NADH NAD + LATTATO SANGUE LATTATO