Appunti di biologia LA GLICOLISI. Giancarlo Dessì Licenza Creative Commons BY-NC-SA

Transcript

1 Appunti di biologia LA GLILISI Giancarlo Dessì Licenza reative ommons BY-N-SA BY: Attribuzione - N: Non commerciale - SA: ondividi allo stesso modo

2 GLILISI o VIA METABLIA DI EMBDEN-MEYERF-PARNAS Materie prime - Glucosio o Fruttosio - ATP - ADP - NAD ossidato (NAD) - Acido fosforico Dove si svolge nel citoplasma Prodotti - Acido piruvico - ATP - NAD ridotto (NAD2) - Acqua glucosio + 2 ADP + 2 Pi ++ 2 NAD 2 acido piruvico + 2 ATP + 2 NAD LA ATTUAN TUTTI GLI RGANISMI A RENDIMENT ENERGETI BASS NN RIIEDE SSIGEN

3 STATI DI SSIDAZINE DEL ARBNI Lo stato di ossidazione del carbonio è dato dal numero di legami formati con atomi più elettronegativi e misura l'energia chimica di legame accumulata in una molecola organica minima ossidazione (=massima riduzione), N..=-4: massima energia utile massima ossidazione (=minima riduzione), N..=+4: energia utile nulla MASSIMA ENERGIA RED = stato ridotto minima ossidazione numero di ossidazione -4 ENERGIA NULLA X = stato ossidato massima ossidazione numero di ossidazione +4

4 STATI DI SSIDAZINE DEL ARBNI: IDRARBURI Gli idrocarburi hanno molecole contenenti solo legami - e - Sono i composti organici con il massimo contenuto di energia chimica utile -4 METAN: tutti i legami sono formati con l'idrogeno (meno elettronegativo) Il metano è la molecola organica con il minimo stato di ossidazione del carbonio e con il più alto contenuto di energia chimica -3 Negli altri idrocarburi, alcuni atomi di carbonio sono legati con altri atomi di carbonio e avranno un numero di ossidazione più alto e il contenuto di energia chimica si abbassa

5 SSIDAZINE DEL ARBNI: ALLI -2 Gli alcoli hanno molecole contenenti anche uno o più legami semplici - Sono composti organici ricchi di energia ma meno rispetto agli idrocarburi

6 SSIDAZINE DEL ARBNI: ALDEIDI E ETNI 0 aldeide formica Aldeidi e chetoni hanno molecole contenenti anche uno o più legami doppi = Sono composti organici meno ricchi di energia rispetto ad alcoli e idrocarburi +1 altre aldeidi +2 chetoni

7 SSIDAZINE DEL ARBNI: AIDI ARBSSILII E ANIDRIDE ARBNIA +2 acido formico Gli acidi carbossilici hanno molecole contenenti almeno un atomo che forma un legame semplice - e un legame doppio = Il gruppo carbossilico è quello con lo stato di ossidazione più avanzato altri acidi +3 L'anidride carbonica ha il massimo stato di ossidazione del carbonio: l'unico atomo ha infatti numero di ossidazione anidride carbonica La 2 è un composto inorganico: la sua molecola non contiene energia utile

8 L'SSIDAZINE DEL ARBNI NELLA GLILISI Gli zuccheri sono polialcoli contenenti un gruppo carbonile Il loro stato di ossidazione corrisponde a quello degli alcoli più ossidati Negli esosi (glucosio, fruttosio) il numero di ossidazione medio del carbonio è 0 Nella glicolisi la molecola di un esoso viene prima suddivisa in due molecole più piccole, composte da 3 atomi di carbonio (trioso). Il trioso viene poi ossidato ottenendo un acido carbossilico ad alto stato di ossidazione: l'acido piruvico Nell'acido piruvico il numero di ossidazione medio del carbonio è +0,67 L'ossidazione biologica del carbonio libera energia utile che viene accumulata in molecole in grado di cederla facilmente

9 LE MATERIE PRIME DELLA GLILISI FRUTTSI GLUSI

10 L'AUMULATRE DI ENERGIA DELLA GLILISI: il sistema ADP / ATP ATP (adenosina tri fosfato) accumulatore ARI L'energia utile liberata in alcune tappe di un processo di ossidazione, viene accumulata con il trasferimento di un gruppo fosfato alla molecola dell'adp ADP (adenosina di fosfato) accumulatore SARI

11 IL TRASPRTATRE DI IDRGEN E DI ELETTRNI: il sistema NAD / NAD2 NAD: forma ossidata la molecola ha due elettroni in meno e una carica positiva sull'atomo di azoto della niacina Nicotinammide adenina dinucleotide: è un coenzima ossidoriduttivo. oadiuva gli enzimi nelle reazioni redox che spostano gli elettroni con la deidrogenazione. È composto da due nucleotidi in cui una delle basi azotate è la nicotinammide, un derivato della niacina (detta anche vitamina PP o vitamina B3) NAD2: forma ridotta la molecola della niacina acquista uno ione idrogeno e due elettroni. Un altro ione idrogeno resta disperso nel mezzo e porta la carica positiva che aveva l'azoto nella forma ossidata

12 Le fasi della glicolisi FSFRILAZINE DEL GLUSI + ATP + ADP Enzima: esochinasi P glucosio glucosio-6-fosfato 0 0 La via metabolica prende inizio, di norma, dal glucosio. on la spesa di una mole di ATP, il glucosio viene attivato con l'aggiunta di un gruppo fosfato al carbonio n. 6 Le chinasi sono enzimi che scambiano un gruppo fosfato tra una molecola organica e una molecola di ADP o ATP

13 Le fasi della glicolisi ISMERIZZAZINE DEL GLUSI-6-P P glucosio-6-fosfato Enzima: fosfogluco isomerasi P fruttosio-6-fosfato 0 0 Il glucosio fosforilato viene convertito nel suo isomero, il fruttosio fosforilato, per spostamento del gruppo carbonile dal carbonio n. 1 al carbonio n. 2 Le isomerasi sono enzimi che convertono un composto in un suo isomero

14 Le fasi della glicolisi FSFRILAZINE DEL FRUTTSI + ATP + ADP Enzima: esochinasi P fruttosio fruttosio-6-fosfato 0 0 La glicolisi può iniziare anche a partire dal fruttosio, che viene fosforilato sul carbonio n. 6 con la spesa di una mole di ATP come nel glucosio. In questo caso viene saltata una tappa, ovvero l'isomerizzazione da glucosio-6-p a fruttosio-6-p Le chinasi sono enzimi che scambiano un gruppo fosfato tra una molecola organica e una molecola di ADP o ATP

15 Le fasi della glicolisi FSFRILAZINE DEL FRUTTSI-6-P P + ATP + ADP P fruttosio-6-fosfato Enzima: fosfofrutto chinasi P fruttosio-1,6-difosfato 0 0 on la spesa di un'altra mole di ATP, il fruttosio-6-fosfato viene ancora fosforilato, con l'aggiunta di un gruppo fosfato al carbonio n. 1. Le chinasi sono enzimi che trasferiscono il gruppo fosfato dall'atp su una molecola

16 Le fasi della glicolisi SISSINE DEL FRUTTSI-1,6-DP P P fruttosio-1,6-difosfato Enzima: aldolasi La catena di 6 atomi di carbonio si divide in due catene, con formazione di due triosi fosforilati: un chetone (diidrossiacetone-p) e un'aldeide (aldeide 3-P-glicerica), I due triosi sono isomeri. P diidrossiacetonfosfato P aldeide 3-fosfoglicerica L'aldolasi appartiene al gruppo delle liasi enzimi che rompono un legame con meccanismi differenti dalle idrolisi

17 Le fasi della glicolisi ISMERIZZAZINE DEL DIIDRSSIAETNE-P P Enzima: triosofosfato isomerasi P diidrossiacetonfosfato aldeide 3-fosfoglicerica 0 0 Fra i due triosi isomeri c'è un equilibrio, ma la glicolisi procede con la trasformazione dell'aldeide 3-fosfoglicerica, perciò il diidrossiacetone-p si trasforma per isomerizzazione nell'aldeide (equilibrio spostato a destra) Le isomerasi sono enzimi che convertono un composto in un suo isomero

18 Le fasi della glicolisi SSIDAZINE DELL'ALDEIDE 3-P-GLIERIA NAD + 2 P 2 P aldeide 3-fosfoglicerica Enzima: fosfoglicerato deidrogenasi P P acido 1,3-difosfoglicerico + 2 NAD2 0 +0,67 In un processo che si svolge in tre tappe (idratazione, deidrogenazione, fosforilazione), il gruppo carbonilico dell'aldeide viene ossidato a gruppo carbossilico e fosforilato, con formazione dell'acido difosfoglicerico. L'ossidazione trasferisce due elettroni e un atomo di idrogeno sul coenzima NAD, che viene perciò ridotto a NAD2 Le deidrogenasi sono enzimi che rimuovono atomi di idrogeno da un composto

19 Le fasi della glicolisi DEFSFRILAZINE DELL'AID DIFSFGLIERI P ADP ATP P acido 1,3-difosfoglicerico Enzima: fosfoglicerato chinasi P acido 3-fosfoglicerico +0,67 +0,67 L'acido difosfoglicerico subisce una defosforilazione, con trasferimento del gruppo fosfato dal carbonio n. 1 dell'acido all'adp. La defosforilazione produce perciò due moli di ATP e recupera la spesa energetica iniziale Le chinasi sono enzimi che scambiano un gruppo fosfato tra una molecola organica e una molecola di ADP o ATP

20 Le fasi della glicolisi ISMERIZZAZINE DELL'AID 3-P-GLIERI 2 2 P P acido 3-fosfoglicerico Enzima: fosfoglicerato mutasi acido 2-fosfoglicerico +0,67 +0,67 Il gruppo fosfato dell'acido fosfoglicerico viene spostato dal carbonio n. 3 al carbonio n. 2. Le mutasi sono enzimi che spostano gruppi fosfato all'interno di molecole organiche. Appartengono al gruppo delle isomerasi

21 Le fasi della glicolisi DISIDRATAZINE DELL'AID 2-P-GLIERI 2 P 2 P acido 2-fosfoglicerico Enzima: enolasi acido fosfoenolpiruvico +0,67 +0,67 L'acido 2-fosfoglicerico subisce una disidratazione, ovvero l'allontamento di una molecola d'acqua per separazione dell'idrogeno del carbonio n. 2 e dell'ossidrile del carbonio n. 3. Si forma un acido enolico, ovvero un composto provvisto di un gruppo ossidrile associato ad un doppio legame tra carbonio e carbonio. Questa reazione è il preludio alla successiva defosforilazione. L'enolasi appartiene al gruppo delle liasi enzimi che rompono un legame con meccanismi differenti dalle idrolisi

22 Le fasi della glicolisi DEFSFRILAZINE DELL'AID FSFENLPIRUVI 2 P + 2 ADP ATP acido fosfoenolpiruvico Enzima: fosfoenolpiruvato chinasi acido piruvico +0,67 +0,67 Questa reazione si svolge in due tappe (defosforilazione, tautomeria cheto-enolica). L'acido fosfoenolpiruvico viene defosforilato e, successivamente, l'acido enolico subisce un'isomerizzazione (tautomeria) che lo trasforma in un chetoacido: l'acido piruvico. Nel processo si producono altre due moli di ATP, permettendo un guadagno netto sotto l'aspetto del bilancio energetico. Le chinasi sono enzimi che scambiano un gruppo fosfato tra una molecola organica e una molecola di ADP o ATP

23 LE TAPPE FNDAMENTALI Attivazione di un esoso per fosforilazione Per avviare la glicolisi, lo zucchero a 6 atomi di carbonio (glucosio, fruttosio) deve essere attivato ovvero deve essere fosforilato. Questa fase consuma 2 moli di ATP Rottura della catena di 6 atomi di carbonio La catena di 6 atomi di carbonio viene scissa in due catene a 3 atomi di carbonio (aldeide fosfoglicerica) Il gruppo carbonile è ossidato a gruppo carbossile Il trioso ottenuto dalla scissione dell'esoso viene ossidato a ossiacido (acido fosfoglicerico) Questa fase produce 2 moli di NAD2 Defosforilazione e disidratazione dell'acido Nelle tappe finali, la catena attivata viene defosforilata e disidratata fino ad ottenere il prodotto finale, l'acido piruvico Questa fase produce 4 moli di ATP

24 LE TAPPE FNDAMENTALI glucosio o fruttosio 2 ADP 2 ATP 2 aldeide fosfoglicerica 2 Pi 2 NAD2 2 NAD 2 acido difosfoglicerico ATP 2 ADP 2 acido fosfoenolpiruvico 2 ATP 2 ADP 2 acido piruvico

25 E DP LA GLILISI? Un processo biochimico si arresta quando i suoi prodotti saturano il mezzo. Affinché la glicolisi proceda è necessario che l'acido piruvico, l'atp e il NAD2 siano rimossi dal mezzo. L'ATP è impiegato in tutti i processi vitali per la cellula o per l'organismo di cui fa parte, perciò è sistematicamente rimosso Acido piruvico e NAD2, invece, subiscono destini differenti in funzione del tipo di metabolismo Aerobiosi L'acido piruvico è usato per alimentare il ciclo di Krebs Il NAD2 è impiegato per la catena di trasporto degli elettroni. In entrambi i processi, parte integranti della respirazione, il risultato è la produzione di altro ATP Anaerobiosi Il NAD2 è impiegato per la riduzione dell'acido piruvico nelle fasi finali di un processo di fermentazione. Queste fasi non permettono l'estrazione di ulteriore energia utile, ma consentono la sopravvivenza della cellula con la sola glicolisi.