La glicolisi: schema dal glucosio al piruvato - WeSchool


 Si frequentano le palestre, si fa jogging, si sceglie di fare una passeggiata per “bruciare” le calorie accumulate. Ma cos’è una caloria?
 La caloria è un’unità di misura dell’energia tant’è che i suoi valore possono essere trasformati in joule (1cal = 4,19J). Ciò vuol dire che gli zuccheri presenti negli alimenti hanno un contenuto energetico quantificabile. Lo zucchero infatti viene assimilato dalle cellule e la sua energia interna viene trasformata in ATP, la moneta energetica biologica.





















Videolezione "Omeostasi: equilibrio interno di un organismo"

























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 Il glucosio (C
6
H
12
O
6
) è lo 
zucchero 
più diffuso nel nostro pianeta e gli esseri viventi sono in grado di metabolizzarlo attraverso la 
glicolisi
, che rappresenta la prima via di demolizione del glucosio e degli altri carboidati esosi (ovvero a 6 atomi di carbonio, come il galattosio e il fruttosio). Il termite glicolisi deriva infatti dal greco 
glykys
 (dolce) e 
lysis
 (scissione).
 
 La glicolisi è schematizzabile in 10 reazioni che avvengono una dopo l’altra in ordine preciso, e che portano alla formazione di 
cofattori ridotti
 (
NADH
), 
ATP
 e 
piruvato
 (C
3
H
3
O
3
-
). L’equazione netta della reazione è la seguente:
 
 
   C
6
H
12
O
6
 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi     →    2C
3
H
3
O
3
-
 + 2H+ + 2NADH + 2ATP + 2H
2
O
 
 Questa reazione avviene nel
 citosol
, quindi è comune ai procarioti e agli eucarioti, ed è una delle più diffuse fra i viventi. La sequenza delle reazioni che potete vedere nell’immagine di seguito è necessaria per la riuscita del processo, ed 
enzimi 
specifici permettono che ciò accada correttamente.
 
 La glicolisi porta in definitiva a un 
guadagno netto
 di 2 molecole di ATP e 2 di NADH per ciascuna molecola di glucosio.
 
 
 
 I 10 passaggi della glicolisi sono quindi i seguenti. Tra parenetesi le più comuni abbreviazioni delle molecole coinvolte in questo pathway metabolico.
 
 Il 
glucosio 
(Glu) viene fosforilato a 
glucosio-6-fosfato
 (G6P) dall'enzima 
esochinasi
, che utilizza ATP come donatore di fosfato, idrolizzandolo ad ADP.
 
 G6P viene convertito nel suo 
isomero 
fruttosio-6-fosfato
 (F6P) dall'enzima
 fosfoglucosio isomerasi
.
 
 F6P viene fosforilato a 
fruttosio-1.6-bisfosfato
 (FBP) dall'enzima 
fosfofruttochinasi-1
 (PFK1), che idrolizza ATP ad ADP.
 
 FBP viene scisso in due molecole, il 
diidrossiaceton fosfato
 (DHAP) e la 
gliceraldeide-3-fosfato
 (G3P) dall'enzima aldolasi.
 
 DHAP viene convertito nel suo isomero G3P dall'enzima
 trioso fosfato isomerasi
.
 
 Ogni G3P viene fosforilato e poi ossidato a 
1,3 bifosfoglicerato
 (1-3BPG) dall'enzima 
gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi
, che non consuma ATP per la fosforilazione, ma usa direttamente fosfato inorganico presente nella cellula. L'altro cofattore usato dell'enzima è il NAD
+
 che viene qui ridotto a NADH. La reazione presenta un intermedio in cui il substrato e l'enzima risultato legati covalentemente mediante l'amminoacido cisteina, che presenta un gruppo -SH (chiamato tiolo).
 
 1-3BPG cede uno dei due gruppi fosfato (quello legato al carbonio 1, C1) all'ADP, ottenendo ATP e 
3-fosfoglicerato
 (3PG), in una reazione catalizzata dall'enzima 
fosfoglicarato chinasi
. Questo tipo di aggiunta di un gruppo fosfato viene chiamato 
fosforilazione a livello del substrato
.
 
 3PG viene convertito nell'isomero 
2-fosfoglicerato
 (2PG) dall'enzima 
fosfoglicerato mutasi
.
 
 2PG perde una molecola d'acqua a causa dall'enzima 
enolasi
, che sintetizza il 
fosfoenolpiruvato
 (PEP), molecola in grado di cedere facilmente il proprio gruppo fosfato.
 
 PEP cede il gruppo fosfato all'ADP, fosforilandolo ad ATP, nella reazione catalizzata dalla 
piruvato chinasi
. PEP si trasforma nella forma enolica del 
piruvato 
(Pyr), che immediatamente isomerizza nella forma chetonica, molto più stabile: questo processo viene chiamato tautomeria cheto-enolica. Questo dettaglio non è per niente superfluo, in quanto la sottrazione del prodotto finale della piruvato chinasi spinge questa reazione (e le altre della glicolisi) verso la sintesi di ATP e la fine della glicolisi.
 
  
 
 La glicolisi può essere quindi divisa in una
 fase preparatoria 
(passaggi 1-5), in cui la cellula “investe” 2 ATP per aggiungere un gruppo fosfato al substrato (fosforilazione), mediante le due chinasi, e in una 
fase di recupero
 energetico
 (passaggi 6-10), nella quale la cellula produce 4 ATP e 2 NADH. Questo avviene perché in questa fase si parte dalle 2 molecole di gliceraldeide-3-fosfato (G3P) prodotte alla fine della fase precedente.
 Il NAD
+
 viene ridotto a NADH in quanto utilizzato nel passaggio di ossidazione del substrato (G3P) dall’enzima 
deidrogenasi: 
di fatto la reazione completa della glicolisi è una 
ossido-riduzione
. I cofattori ridotti possono essere utilizzati nei 
mitocondri 
per sintetizzare ulteriore ATP sulla membrana interna, in caso di presenza di ossigeno (aerobiosi), o sulla membrana esterna (anaerobiosi).
 
  
 
 Dalle due molecole di piruvato ottenute si può ricavare altra energia con ulteriori ossidazioni nei mitocondri mediante il 
ciclo di Krebs
. In alternativa il piruvato puà essere trasformato in altre molecole in modo da recuperare i cofattori ossidati (NAD
+
) mediante la 
fermentazione
. Esempi classici di fermentazione sono quelle che portano alla produzione di etanolo (fermentazione alcolica) e di acido lattico (fermentazione lattica).
 
 
 La glicolisi è finemente regolata soprattutto a livello dei passaggi fortemente 
esoergonici
, ovvero quei passaggi dove viene liberata energia. In particolare le reazioni della glicolisi che hanno questa caratteristica sono la n°1, 3 e 10. Le altre reazioni sono in equilibrio fra prodotti e substrati, per questo motivo esiste la 
gluconeogenesi
, ovvero la reazione che permette la sintesi di glucosio a partire da piruvato. Questa via viene attivata in particolari condizioni cellulari, per esempio quando è presente un substrato non fermentabile, come l'etanolo, come unica fonte di carbonio: la necessità di "risalire" la glicolisi è principalmente legata al fatto che i vari intermedi sono utili anche in altre vie metaboliche vitali per la cellula, come per esempio la sintesi degli acidi grassi.
 
  
 
 La glicolisi è considerata la via di metabolismo centrale dei viventi e per questo motivo i geni che codificano per questi enzimi sono costitutivi, ovvero sempre espressi fra le varie specie. Poichè il glucosio è la fonte di carbonio ed energia prediletta dalle cellule, i pathway metabolici di altri zuccheri, come per esempio il galattosio, risultano repressi. Questo fenomeno viene chiamato 
glucose repression
, e consiste nella 
regolazione dell'espressione genica
 dei geni coinvolti per esempio nel metabolismo del galattosio (geni GAL) da parte del glucosio.

