Margherita Ruoppolo » 14.Glicolisi e destino metabolico del piruvato

Il metabolismo dei carboidrati

Il metabolismo dei carboidrati nell’uomo è diviso in:

Glicolisi, ossidazione del glucosio in acido piruvico o acido lattico (lezione n.14)
Gluconeogenesi, formazione di glucosio anche da fonti diverse dai carboidrati (lezione n.15)
Lo smistamento (shunt) degli esoso monofosfati, via ossidativa alternativa per il glucosio (Lezione n.15)
Glicogenesi, sintesi di glicogeno da glucosio (Lezione n.15)
Glicogenolisi, idrolisi del glicogeno in glucosio (lezione n.15)
Ciclo di Krebs (ciclo dell’acido citrico) e catena di trasporto degli elettroni, stadio ossidativo finale ad anidride carbonica ed acqua (lezioni n. 17 e 18)

Glicolisi

La glicolisi fornisce, a partire dal glucosio, composti semplici e produce energia per la sintesi di composti più complessi.
La glicolisi è un processo anaerobico e si può dividere in due fasi:
- la prima consuma 2 molecole di ATP
- nella seconda si formano 4 molecole di ATP e due molecole di NADH
La reazione complessiva:
- Glucosio + 2NAD⁺ + 2ADP + 2P → 2piruvato + 2NADH + 2H⁺ + 2ATP + 2H₂O

Reazioni della via glicolitica

La glicolisi avviene nel citoplasma di tutte le cellule.
Consta di una sequenza lineare di 10 reazioni che vanno dal glucosio al piruvato come descritto nelle figure. La descrizione dettagliata delle 10 reazioni è fornita nel video.
Delle 10 reazioni, 7 sono reversibili e 3 (reazioni 1, 3 e 10) sono irreversibili.
Le reazioni 1, 3 e 7 sono catalizzate rispettivamente da esochinasi, fosfofruttochinasi e piruvato chinasi. Sono reazioni finemente regolate, che controllano la via metabolica.

Prima fase della via glicolitica

Ogni molecola di glucosio (6 C) produce due molecole di gliceraldeide 3-fosfato (3 C). Sono consumate due molecole di ATP

Seconda fase della via glicolitica

Sono prodotte due molecole di piruvato, 4 ATP e 2 NADH

Fosfofruttochinasi 1

La tappa di controllo principale della via glicolitica è la trasformazione del fruttosio 6-fosfato in fruttosio 1,6-difosfato catalizzata dall’enzima fosfofruttochinasi 1, PFK1
La PFK1 è un enzima allosterico:
- ATP e citrato fungono da modulatori negativi
- AMP/ADP e fruttosio 2,6-difosfato fungono da modulatori positivi

Esochinasi

Un sito di controllo secondario della glicolisi è la conversione del glucosio a glucosio 6-fosfato, catalizzata dall’esochinasi, inibita dal glucosio 6-fosfato.
L’esochinasi è un enzima costitutivo (housekeeper enzyme).
L’esochinasi ha un’elevata affinità per il glucosio (Km 0,1mM). Alle normali concentrazioni di glucosio intracellulare (eritrocita circa 5mM) l’enzima è saturo e lavora alla velocità massima.
Solo nel fegato c’è un enzima che affianca l’esochinasi: la glucochinasi, un enzima indotto, sintetizzato in seguito al segnale dell’insulina e degradato in risposta alla diminuzione dei livelli di glucosio.

Piruvato chinasi

Un ulteriore sito di controllo secondario della glicolisi è la trasformazione del fosfoenolpiruvato in piruvato catalizzato dalla piruvato chinasi.
La piruvato chinasi è inibita da ATP, acidi grassi ed acetil-CoA ed attivata dall’AMP.

Destino del piruvato

Il piruvato prodotto dalla via glicolitica può sottostare alle seguenti reazioni:
1. Conversione in lattato in anaerobiosi
2. Conversione in etanolo in anaerobiosi nel lievito ed in alcuni microrganismi
3. Ingresso nei mitocondri e conversione aerobica in acetil-CoA
4. Conversione in ossalacetato da parte della piruvato carbossilasi
5. Conversione in alanina da parte dell’alanina-transaminasi
Lo schema delle reazioni è riportato in figura. Le reazioni 1 e 2 sono descritte nel video. La reazioni 3 è descritta nella lezione 17. La reazione 4 è descritta nella lezione 15. La reazione 5 è descritta nella lezione 23

Destino del piruvato

La via glicolitica produce 2 molecole di piruvato, che può essere fermentato a lattato durante una vigorosa contrazione muscolare, negli eritrociti ed in alcuni microrganismi; fermentato ad alcol nei lieviti; convertito in aereobiosi in acetil-CoA.