La glicolisi

LA GLICOLISI

Il D-glucosio è la principale sostanza nutriente per la maggio parte degli organismi ed occupa una posizione centrale nel metabolismo. Nella glicolsi una molecola di glucosio viene degradata mediante una serie di reazioni catalizzate da enzimi in due molecole di piruvato. Durante le reazioni sequenziali della glicolisi, una parte dell'energia libera rilasciata dal glucosio viene convertita ATP. La glicolisi è la via centrale per il catabolismo del glucosio. La fermentazione è un termine generale che indica la degradazione anaerobica e di altri nutrienti organici in vari prodotti per ottenere energia sotto forma di ATP. La glicolisi può essere divisa in due fasi. La demolizione del glucosio, uno zucchero a sei atomi di carbonio, in due molecole di piruvato, composto a tre atomi di carbonio, avviene in 10 tappe, le cui prime 5 costituiscono la fase preparatoria. Il glucosio viene prima fosforilato al livello del gruppo ossidrilico sul C-6 (1). Il D-glucosio-6-fosfato cosi formato è convertito in D-fruttosio-6-fosfato (2), che viene ancora fosforilato sul C-1 generando D-fruttosio-1.6- bisfosfato (3). In entrambe le tappe fosforillazione, il donatore dei gruppi fosforici è l'ATP. Il fruttosio-1.6-bisfosfato viene successivamente scisso in due molecole a tre atomi di carbonio, il diidrossiacetone fosfato e la gliceraldeide-3-fosfato (4). Questa è la tappa litica tra cui la via trae il nome. Il diidrossiacetone fosfato viene isomerizzato in una seconda molecola di gliceraldeide-3-fosfato (5); cosi è stata completata la prima fase della glicolsi. Il guadagno energetico inizia nella fase di recupero della glicolisi. Ogni molecola di gliceraldeide-3-fosfato viene ossidata e fosforilata da pare del fosfato inorganico formando 1.3-bisfosfoglicerato (6). L'energia viene rilasciata quando due molecole di 1.3-bisfosfoglicerato sono convertite in due molecole di piruvato. (7,8,9,10). La resa netta è di 2 molecole di ATP per molecola di glucosio entrata nella via metabolica, in quanto 2 molecole di ATP sono state utilizzate nella fase preparatoria della glicolisi. L'energia viene conservata nella fase di recupero energetico anche mediante la formazione di 2 molecole di NADH per molecola di glucosio. Il piruvato che forma dalla glicolisi può perdere tre strade diverse nei tessuti o negli organismi aerobici e in condizioni aerobiche la glicolisi costituisce solo la prima fase della degradazione completa del glucosio. Il piruvato viene ossidato, con perdita del suo gruppo carbossilico sotto forma di CO  , formando il gruppo acetifico, dell'acetil-CoA, che viene poi anch'esso ossidato a CO nel ciclo di Krebs. La seconda strada che il piruvato può intraprendere è la sua riduzione lattato attraverso la fermentazione lattica. Quando un tessuto, come un muscolo che si sta contraendo violentemente, deve funzionare in condizioni anaerobiche, il piruvato non può essere ancora ossidato per la mancanza di ossigeno. La terza strada del piruvato è la sua conversione in etanolo. In alcuni tessuti di pianti e in alcuni invertebrati, microrganismi, come il lievito di birra, il piruvato è trasformato in condizioni anaerobiche in etanolo e CO , processo chiamato fermentazione alcolica.

Fosforilazione del glucosio (da ATP a ADP-Pi);

Conversione da glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato;

Fosforilazione del fruttosio-6-fosfato a fruttosio-1.6-bisfosfato (da ATP a ADP-Pi);

Rottura del fruttosio-1.6-bisfosfato in gliceraldeide-3-fosfato e diidrossiacetone fosfato;

Interconversione dei triosi fosfato;

Ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato a 1.3-bisfosfoglicerato;

Trasferimento del gruppo fosforico dall'1.3-bisfosfoglicerato all'ADP e formazione di ATP e 3-fosfoglicerato;

Conversione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato;

Deidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato;

Trasferimento del gruppo fosforico del fosfoenolpiruvato all'ADP, con formazione di ATP e piruvato.

In condizioni aerobiche, il piruvato viene ossidato ad acetato, che entra nel ciclo di Krebs ed è ossidato a CO e H O. il NADH che di forma della deidrogenazione della gliceraldeide-3-fosfato viene riossidato a NAD mediante il passaggio dei suoi elettroni all'ossigeno nel processo della respirazione mitocondriali. In condizioni anaerobiche il NADH generato dalla glicolisi non può essere riossidato dall'O . la mancata rigenerazione del NAD può la lasciare la cellula priva di un accettore, deve quindi essere rigenerato da parte di altre reazioni. Quando i tessuti animali non sono riforniti con quantità di ossigeno sufficienti per le ossidazioni aerobiche del piruvato e del NADH prodotti nella glicolisi, il NAD viene rigenerato dal NADH mediante la riduzione piruvato a lattato. La riduzione del piruvato è catalizzata lattato deidrogenasi.

Nella glicolisi, la deigenazione di 2 molecole di gliceraldeide-3-fosfato derivate da una molecola di glucosio converte 2 molecole di NAD  in 2 di NADH. Poiché la riduzione di 2 molecole di piruvato a 2 di lattato rigenera 2 molecole di NAD , il processo nel suo complesso risulta bilanciato e può continuare infinitamente: una molecola di glucosio viene convertita in 2 di lattato con la generazione di 2 molecole di ATP, mentre NAD e NADH vengono continuamente interconvertiti senza che si accumuli l'uno o l'altro.

Il lievito ed altri microrganismi fermentano il glucosio ad etanolo e CO  invece che al lattato. Il glucosio viene convertito a piruvato nella glicolisi e in seguito il piruvato viene trasformato in etanolo e CO in un processo a 2 tappe. Nella prima tappa, il piruvato va incontro a una decarbossilazione mediante una reazione irreversibile catalizzato dalla piruvato decarbosilasi. La piruvato decarbosilasi richiede Mg e ha un coenzima, la tiamina pirofosfato legato a se. La tiamina pirofosfato (TPP) deriva dalla vitamina B , e l'assenza di questo composto dalla dieta dell'uomo alla malattia detta pellagra. Nella seconda tappa, l'acetaldeide viene ridotta a etanolo, utilizzando come fornitore di equivalenti riducenti il NADH prodotto dalla deidrogenazione della gliceraldeide-3-fosfato; la tappa è catalizzata dall'enzima alcodeidrogenasi. Il lattato e l'etanolo sono i prodotti comuni delle fermentazioni dei batteri, ma non sono gli unici prodotti possibili. I disaccaridi ingeriti devono essere idrolizzati da enzimi legati alla superficie esterna delle cellule epiteliali che rivestono l'intestino tenue, generando unità monosaccaridiche libere. Le unità monosaccaridiche formate sono trasportate dentro le cellule che rivestono l'intestino da cui passano nel sangue per raggiungere il fegato. In questo tessuto vengono fosforilate e incanalate nella via glicolitica. L'intolleranza al lattosio è una forma patologica, comune tra gli adulti di molte razze umane. Nel muscolo lo scopo finale della glicolisi è la produzione dell'ATP e la velocità della glicolisi aumenta se il muscolo si contrae più frequentemente, incrementando la richiesta di ATP. Il fegato ha un ruolo diverso nel metabolismo del corpo nel suo complesso è il metabolismo del glucosio è diverso. Il fegato mantiene costante il livello di glucosio nel sangue producendo ed esportando glucosio quando gli altri tessuti ne hanno bisogno ed importando e conservando glucosio quando viene fornito in eccesso dalla dieta. Vi sono però altre vie cataboliche che partendo dal glucosio, portano alla formazione di prodotti specializzati necessari alla cellula; l'insieme di queste vie costituisce il metabolismo secondario del glucosio. La via del pentosio fosfato chiamata anche via del fosfogluconato produce NADPH e ribosio-5-fosfato. L'NADPH è un trasportatore di energia chimica sotto forma di potere riducente. Una seconda funzione della via del pentosio fosfato è quella di generare pentosi essenziali, in particolare ribosio usati nella biosintesi degli acidi nucleici. Il risultato netto è la produzione di NADPH necessario per le reazioni di biosintesi e la produzione di ribosio-5-fosfato, in precursore nella sintesi dei nucleotidi.