Glicolisi

Question 1

Descrivi la fase d’investimento della glicolisi

Answer 1

Glucosio viene fosforilato a glucosio-6-fosfato (G6P) tramite glucochinasi o esochinasi, spendendo la prima molecola di ATP. Il G6P viene isomerizzato strutturalmente in fruttosio-6-fosfato ad opera di una fosfoglucoisomerasi. Il fruttosio-6-fosfato viene ulteriormente fosforilato, in questo caso sul carbonio-1, diventando fruttosio-1,6-bifosfato grazie all’enzima fosfofruttochinasi-1(PFK1).

Question 2

Descrivi la fase della glicolisi di passaggio da fruttosio-1,6-bifosfato a gliceraldeide-3-fosfato

Answer 2

Il fruttosio-1,6-bifosfato viene scisso da un’aldolasi (fruttosio bifosfato aldolasi) in diidrossiacetone fosfato (DHAP) e gliceraldeide-3-fosfato (G3P); da una molecola a 6 carboni originano due molecole a 3 C. Il DHAP, tramite la trioso fosfato isomerasi, viene trasformata in G3P: si avranno ora 2 molecole identiche, sulle quali tutti i passaggi successivi avverrano contemporaneamente, motivo per cui si otterranno alla fine 2 piruvati.

Question 3

Descrivi la fase della glicolisi di passaggio da G3P a 3-PG

Answer 3

G3P viene trasformata in 1,3-bifosfoglicerato (1,3-BPG) grazie all’enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi, che converte anche NAD+ in NADH. 1,3-BPG ha 4 cariche negative e un doppio legame con l’ossigeno, risultando così estremamente rigida e, per questo, ad alta energia. 1,3-BPG viene trasformato in 3-fosfoglicerato (3PG) ad opera della fosfoglicerato chinasi. Il fosfato viene trasferito su un ADP (fosforilazione diretta a livello del substrato), formando un ATP.

Question 4

Descrivi il passaggio da 3-PG a 2-PG nella glicolisi

Answer 4

Essendo il 3-PG non ideale per la trasformazione futura in piruvato, viene, ad opera di una mutasi (PG mutasi), trasformato in 2-PG. Questa mutasi catalizza, dunque, uno spostamento di P dal carbonio 3 al carbonio 2, predisponendo la molecola ad essere utilizzata. Il 2-PG, infatti, ha una conformazione più favorevole per interagire con l’enzima che catalizzerà la successiva reazione di disidratazione.

Question 5

Descrivi il passaggio da 2-PG a piruvato nella glicolisi

Answer 5

Il 2-PG, ad opera dell’enzima enolasi, viene trasformato in fosfoenol-piruvato (PEP), producendo anche una molecola di H₂0. PEP è una molecola rigida, avendo 3 cariche negative e 2 doppi legami (uno C=C e l’altro C=O) e quindi è potenzialmente molto energetica. Nel passaggio finale, la piruvato chinasi agisce su PEP e genera piruvato. In questa operazione si generano ATP e piruvato. Seguiranno poi la glicolisi aerobia o quella anaerobia (lattacida).

Question 6

Qual è il bilancio energetico della glicolisi?

Answer 6

Vengono spese due molecole di ATP e ne vengono prodotte quattro. Vengono inoltre ridotti due NAD+.
Quindi, da una molecola di glucosio e due NAD+ si ottengono 2 molecole di ATP, 2 NADH e 2 molecole di piruvato.

Question 7

Cos’è la glicolisi anaerobica?

Answer 7

La via anaerobia in senso lato, considerando l’esistenza di altri organismi come lieviti e batteri, comprende anche i fenomeni di panificazione e fermentazione, ma limitandosi all’uomo la via anaerobica coincide con quella lattacida. In essa si ha la riduzione di piruvato ad acido lattico (tramite lattato deidrogenasi) e viene impiegata in assenza di ossigeno o di mitocondri. Il NADH ricavato dalla glicolisi funge da donatore di idrogeno e lo scopo della glicolisi anaerobia non è quello di generare energia immediata, ma di rigenerare il coenzima NAD+.

Question 8

In quali cellule umane si fa la glicolisi lattacida?

Answer 8

• I globuli rossi (non hanno i mitocondri) rappresentano il più grande sistema produttore di lattato del nostro organismo.
• I tessuti trasparenti dell’occhio (cornea, cristallino e retina): con caratteristiche simili agli eritrociti, ma molto meno impattanti nella produzione di lattato.
• Il muscolo, in particolar modo le fibre di tipo II (quelle fast) si fanno carico delle prime contrazioni muscolari, producendo ATP in poco tempo, a differenza della glicolisi aerobia che subentrerà successivamente.
• La midollare renale: in condizioni di digiuno si ha la necessità di dare glucosio in aree in cui ne arriva poco, per cui si predilige questo metabolismo veloce. Quindi in condizioni particolari, ci sono tessuti che possono adattarsi ad utilizzare questo sistema, nonostante normalmente prediligano la glicolisi aerobia.

Question 9

Quale organo converte il lattato in piruvato? E pk?

Answer 9

Il fegato e il miocardio possono riconvertire il lattato in piruvato, sia per aumentare la riserva glucidica sia per regolare il pH sanguigno, che tenderebbe all’eccessiva
acidità (l’acidosi metabolica) se la concentrazione di lattato fosse eccessiva.

Question 10

Quali sono i due sistemi navetta che permettono il trasporto di NADH nel mitocondrio?

Answer 10

Il primo è meno efficace (in quanto a resa), ma è più veloce.
Il secondo è molto efficiente, ma ha una velocità dipendente da quella del ciclo di Krebs e per questo è meno usato. Questa reazione coinvolge due deidrogenasi, due
amminoacidi (acido aspartico e glutammico) e degli intermedi del ciclo di Krebs (alfa-chetoglutarato e malato).

Question 11

Descrivi il sistema navetta che permette l’ingresso nel mitocondrio dell’elettrone del NADH ottenuto dalla glicolisi

Answer 11

Durante la glicolisi, nella reazione DHAP –> Gllicerolo-3-P, il NADH cede un idrogeno, rimanendo come NAD+. Successivamente, Gllicerolo-3-P trova un enzima (deidrogenasi FAD dipendente) a livello della membrana mitocondriale interna, che lo ritrasforma in DHAP. Un NADH a livello citosolico ha permesso ad un FAD mitocondriale di diventare FADH2.

Question 13

Quant’è la resa teorica della glicolisi?

Answer 13

36/38 molecole di ATP. La variabilità dipende dal fatto che FADH2 e NADH non hanno la stessa resa energetica (ogni NADH produce 3 ATP, ogni FADH2 solo 2). L’energia ricavata dipende quindi dalla quantità e alla tipologia di coenzimi ridotti che sono presenti nei mitocondri.

Question 14

Nella glicolisi aerobia, cosa accade al piruvato/acido piruvico?

Answer 14

Nella glicolisi aerobia l’acido piruvico viene trasportato nel mitocondrio tramite un trasportatore specifico e una volta giunto a livello mitocondriale viene trasformato in Acetil-CoA (con eliminazione di un C sotto forma di CO2) in una reazione catalizzata dal complesso enzimatico piruvato-deidrogenasi. Utilizza NAD+ e produce NADH, andando quindi a potenziare quella parte di metabolismo energetico a cui sta tendendo il sistema. L’acetil-CoA entrerà nel ciclo di Krebs. Il trasporto del piruvato a livello dei mitocondri, così come quello di tantissimi altri metaboliti, è estremamente regolato.

Question 15

Che caratteristica strutturale peculiare presenta la piruvato-deidrogenasi?

Answer 15

Quest’enzima è costituito da tre subunità fondamentali. Questo gli permette di gestire la reazione redox di decarbossilazione tramite cui si ottiene Acetil-CoA, ma anche di ritornare al suo stato iniziale in modo da mettersi nuovamente in condizione di trasformare successive molecole di piruvato. Un funzionamento analogo lo si vede anche nella catena di trasporto degli elettroni con i citocromi; partecipare a una via di ossido-riduzione porta ad assumere un conformazione finale dalla quale devo poi tornare a una situazione iniziale per poter catalizzare una nuova reazione. Per questo, questi complessi enzimatici sono costituiti da più domini.

Question 16

Quali sono gli enzimi master della via della glicolisi?

Answer 16

Esochinasi e glucochinasi (bloccano il glucosio-6-fosfato nella cellula), fosfofruttochinasi-1 (PFK-1) e piruvato chinasi (ha un nome anomalo, che deriva dal prodotto della reazione che catalizza e non dal substrato).
Dall’efficienza di quegli enzimi dipende la velocità della glicolisi e tali enzimi sono regolati da effettori allosterici positivi e negativi, oltre che dal rapporto insulina-glucagone.

Question 17

Cos’è la regolazione per segregazione nucleare?

Answer 17

Si tratta del meccanismo di regolazione della glucochinasi. Questa è normalmente presente nel nucleo delle cellule epatiche, tenuto bloccato dalla Glucochinasi Receptor Protein (GRP). In seguito a un pasto, la concentrazione citosolica di glucosio aumenta e si ha rilascio di insulina. Questo stimola il rilascio di glucochinasi che può quindi dare inizio alla glicolisi. Quando è presente molta quantità di fruttosio-6-fosfato il sistema di rilascio di glucochinasi si arresta.

Question 18

Come funziona la regolazione della fosfofruttochinasi-1?

Answer 18

La sua efficienza è regolata da effettori allosterici positivi e negativi. In parametri in base a cui avviene questa regolazione sono il rapporto ATP/ADP e il rapporto NADH/NAD+. Se questi rapporti sono bassi (scarsità di ATP e NADH) l’azione della PFK-1 viene incentivata; viceversa se i rapporti sono alti.
Il suo effettore allosterico più potente è il fruttosio-2,6-bifosfato, del quale basta un piccolo aumento per accelerare notevolmente la glicolisi. Effettori allosterici negativi sono ATP e citrato, mentre l’AMP è un effettore positivo.

Question 19

Cos’è la fosfofruttochinasi-2 (PFK-2)?

Answer 19

L’enzima che catalizza la reazione di trasformazione del fruttosio-6-fosfato in fruttosio-2,6-bifosfato, principale effettore allosterico positivo di PFK-1. Ha anche la capacità di lavorare nel verso opposto della reazione.

Question 20

In che modo insulina e glucagone regolano PFK-2?

Answer 20

In regime insulinico (post-prandiale) i suoi domini chinasico e fosfatasico sono entrambi defosforilati. Il primo ne risulterà attivato, mentre il secondo inibito. In questa condizione, quindi, PFK-2 può generare fruttosio-2,6-bifosfato.
In regime glucagonico, accade il contrario. I due domini sono fosforilati e PFK-2, quindi, catalizzerà la rimozione di un gruppo fosfato dal fruttosio 2,6-bisfosfato, convertendolo in fruttosio 6-fosfato.

Question 21

Cos’è la piruvato chinasi e come viene regolata?

Answer 21

L’enzima che catalizza l’ultimo passaggio della glicolisi, convertendo il PEP in piruvato. Presenta un’isoforma specifica per il muscolo (M), una per il fegato (L) e un’altra per gli altri tessuti (A). Durante il digiuno, il glucagone attiva delle chinasi che inattivano l’isoforma epatica fosforilandola. In presenza di insulina, invece, la piruvato chinasi viene defosforilata e assume una forma attiva.
Il piruvato aminato da questo enzima è precursore dell’alanina, che è un effettore allosterico negativo per la piruvato chinasi.