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 2x Dai polissaccaridi di riserva e polissaccaridi/oligossaccaridi introdotti con la dieta ADP ATP x2 x2 Condizioni aerobiche Condizioni anaerobiche ATP
Il glucosio ottenuto dalla digestione di polisaccaridi, oligosaccaridi, disaccaridi Assunto e trasportato all interno delle cellule per mezzo di trasportatori specifici (DIFFUSIONE FACILITATA o SIMPORTO) I TRASPORTTORI GLUT AGISCONO PER DIFFUSIONE FACILITATA I TRAPORTATORI SGLUT AGISCONO PER SIMPORTO 2 x Il gradiente elettrochimico del Na + esistente a cavallo della membrana viene sfruttato per co-trasportare anche glucosio dal lume intestinale al citosol dell enterocita Enterocita Biology of Human Sodium Glucose Transporters. E.M. Wright, et al. Physiological Reviews, 2011, 91: 733-794
Localizzazione Funzione Km GLUT1 In tutti i tessuti (mammiferi) Assunzione basale di glucosio 1 mm GLUT2 Fegato, rene, pancreas Rimuove l eccesso di glucosio plasmatico. Nel pancreas regola il rilascio di insulina 15-20 mm GLUT3 In tutti i tessuti (mammiferi) Assunzione basale di glucosio 1 mm GLUT4 Muscolo, cellule adipose Rimuove eccesso di glucosio plasmatico, attivo durante il lavoro muscolare GLUT5 Intestino tenue Trasporto di fruttosio 5 mm GLUT1: 2 conformazioni, T1 con il sito di legame per il glucosio aperto sul lato esterno della membrana, T2 con il sito di legame esposto verso il citosol.
GLICOLISI GLICOGENO-SINTESI Appena il glucosio entra nel citosol, viene fosforilato in posizione 6, in modo da trattenerlo all interno e impedirne l uscita... - - - Mg 2+ ESOCHINASI D-GLUCOSIO D-GLUCOSIO-6-fosfato
Glucosio Esochinasi Esochinasi Nei mammiferi: 4 forme di Esochinasi I, II e III Km ~ 10-1 -10-3 mm IV (glucochinasi) Km ~ 10 mm Riconoscono vari esosi. Inibite dal prodotto (G-6P) Specifica per glucosio. 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. D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA 2/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright 2007
2 a reazione della gliclolisi: isomerizzazione del glucosio 6-fosfato in fruttosio 6-fosfato Glucosio 6-fosfato isomerasi Glucosio 6-fosfato anomero α Fruttosio 6-fosfato anomero α
3 a reazione OH CH 2 OH 1.. - - - Mg 2+ Fosfofruttochinasi-1 (PFK-1) OH CH 2 OPO 3 2-1 Fruttosio 6-fosfato Fruttosio 1,6-bisfosfato PFK-1 = enzima allosterico regolatorio Modulatori allosterici della PFK-1: Inibitori: ATP, citrato (proviene dal mitocondrio) ATTIVATORE PRINCIPALE: fruttosio 2,6-bisfosfato (il cui livello è sotto controllo ormonale) Attivatori: AMP, ADP
Basse [ATP] e alte [AMP, ADP] = segnalano che la glicolisi deve essere incrementata per mandare avanti la produzione mitocondriale di ATP Vmax Curva cinetica della PFK-1 ½ Vmax Alte [ATP] e basse [AMP, ADP] = segnalano che la via glicolitica deve diminuire la sua attività K 0.5 K 0.5 Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2007
4 a reazione OH CH 2 OPO 3 2-1 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 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.
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.
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 è impegnato in un legame fosfoanidridico. (2 x) 1,3-bisfosfoglicerato
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
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
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
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 2014 14 16
9 a reazione Disidratazione: un fosfoestere è convertito in un estere enol-fosfato X 2 2Mg 2+ ENOLASI Elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosfato X 2 2-fosfoglicerato fosfoenolpiruvato 10 a reazione: Fosforilazione a livello del substrato + Mg 2+, K + PIRUVATO CHINASI PIRUVATO X 2 X 2
D. Voet C. W. Pratt J. G. Voet, FONDAMENTI DI BIOCHIMICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2013 15 18
PIRUVATO CHINASI = enzima regolato Inibita allostericamente dall ATP e dall Acetil-CoA (presente in grande quantità nel citosol durante la sintesi degli acidi grassi. Viene inibita la glicolisi quando è intensa la sintesi di acidi 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 ΔG = +2.6 KJ/mol ΔG = +1.6 KJ/mol Punto di controllo Reazione irreversebile RESA ENERGETICA: 4 molecole di ATP prodotte - 2 consumate nella 1 a fase = 2 ATP prodotte per ogni glucosio ossidato 2 NADH prodotti per ogni glucosio ossidato ΔG = -6.6 KJ/mol ΔG ΔG = -33.4 KJ/mol = -96.2 KJ/mol Punto di controllo Reazione irreversebile
PUNTI DI CONTROLLO DELLA VELOCITA DELLA GLICOLISI. ENZIMI REGOLATI/REGOLATORI: 1) ESOCHINASI GLUCOCHINASI Controllata dalla [Glucosio-6P] Controllata dalla [Glucosio] Attivazione coadiuvata dall insulina (Nel fegato) 2) PFK-1 Modulata allostericamente Controllata per via ormonale tramite l attivatore allosterico Fruttosio 2,6 bis-p (Nel fegato e in particolari casi nel rene, e nell intestino) 3) PIRUVATO CHINASI Modulata allostericamente Modulata covalentemente (fosforilazione/defosforilazione) sotto controllo ormonale (Nel fegato e in particolari casi nel rene, e nell intestino)