La glicolisi è la principale via per il catabolismo del glucosio che viene degradato mediante una serie di reazioni che producono due molecole a tre atomi di carbonio, il piruvato. Durante le reazioni parte dell’energia rilasciata dal glucosio viene recuperata sotto forma di ATP e NADH.
In alcuni tipi di cellule la demolizione del glucosio è la sola fonte di energia metabolica come ad esempio negli eritrociti, nel cervello e negli spermatozoi.
Overview
La glicolisi (Embden-Meyerhof-Parnas pathway) è una serie di dieci reazioni suddivise in due grandi fasi:
- Fase preparatoria o di investimento – dove ATP viene consumato
- Fase di recupero – dove ATP viene prodotto
Tutti gli intermedi della glicolisi sono fosforilati. I gruppi fosforici hanno diverse funzioni: sono utili per la conservazione dell’energia metabolica, abbassa l’energia di attivazione quando si lega al sito attivo di un enzima e impedisce la fuoriuscita degli intermedi poiché la membrana plasmatica non presenta trasportatori per gli zuccheri fosforilati.
Fase preparatoria
La fase preparatoria richiede l’investimento di due molecole di ATP e porta alla rottura dell’esoso in due molecole di trioso fosfato.
R1. Fosforilazione del glucosio
Il glucosio viene attivato mediante fosforilazione a livello del C-6 per formare glucosio-6-fosfato. ATP è il donatore di P.
L’enzima che catalizza la reazione è l’esochinasi nei quattro suoi isozimi, i primi tre sono contenuti in tutte le cellule mentre la IV, detta glucochinasi, è contenuta solo negli epatociti e differisce per proprietà cinetiche e per regolazione.
Articolo: “Isoenzimi dell’esochinasi”
R2. Conversione in fruttosio-6-P
Isomerizzazione del glucosio-6P da aldoso a chetoso con una piccola variazione positiva di energia libera che ne determina la reversibilità della reazione.
R3. Fosforilazione del fruttosio-6-P
La terza reazione è sostanzialmente irreversibile, ha principalmente due funzioni: la prima è quella di spostare l’equilibrio della reazione precedente verso i prodotti e la seconda è quella di aggiungere un gruppo fosfato per far in modo che nella prossima reazione entrambi gli intermedi a tre atomi siano fosforilati prevenendone la diffusione all’esterno della cellula.
L’enzima che catalizza la reazione è la fosfofruttochinasi-1 (PFK-1) ed è fortemente regolato allostericamente da attivatori o inibitori.
Pagina: “Regolazione della glicolisi”
R4. Scissione del F1,6BP in triosi
La destabilizzazione della molecola nella precedente reazione permette di poter scindere l’anello dello zucchero esoso in due triosi.
La reazione catalizzata dall’enzima fruttosio 1,6-bisfosfato aldolasi (o semplicemente aldolasi) è una condensazione aldolica reversibile.
R5. Interconversione dei triosi fosfato
Solo il prodotto gliceraldeide 3-fosfato può essere degradato dalla via glicolitica quindi il diidrossiacetone fosfato viene rapidamente e reversibilmente convertito in gliceraldeide 3-fosfato.
Fase di recupero
La fase di recupero comprendono le tappe di fosforilazione che trasferiscono l’energia della molecola di glucosio all’ATP e al NADH. La degradazione di due molecole di gliceraldeide 3-fosfato portano alla formazione di quattro molecole di ATP, due di NADH e due di acqua.
R6. Ossidazione della gliceraldeide 3-fosfato
Prima reazione di recupero energetico, il gruppo aldeidico della gliceraldeide 3-fosfato viene ossidato ad anidride tra gruppo carbossilico e acido fosforico. Si forma l’1,3-bisfosfoglicerato.
L’ossidazione del gruppo aldeidico è controbilanciata dalla riduzione di una molecola di NAD+ a NADH + H+ che sarà successivamente riossidato.
R7. Trasferimento di un gruppo fosforico dal 1,3-bisfosfoglicerato all’ADP
Con questa reazione la glicolisi raggiunge il “break-even point” (punto di pareggio), una molecola di ADP per ogni 1,3-bisfosfoglicerato è fosforilata ad ATP per formare 3-fosfoglicerato. Questa reazione, accoppiata alla precedente, rappresenta una delle due fosforilazioni a livello del substrato che coinvolgono enzimi solubili a differenza della fosforilazione accoppiata alla catena respiratoria che coinvolge enzimi legati a alla membrana e gradienti protonici.
R8. Conversione in 2-fosfoglicerato
Isomerizzazione del 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato in presenza di ioni Mg2+, la reazione necessita di un ulteriore gruppo fosforico legato inizialmente ad un residuo di istidina.
R9. Deidratazione del 2-fosfoglicerato
Questa reazione ha lo scopo di rendere il substrato un composto con elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosforico (come la tappa 6). Si tratta di una reazione di eliminazione che procede con meccanismo E1cB (Elimination Unimolecular conjugate Base).
R10. Trasferimento di un gruppo fosforico dal fosfoenolpiruvato all’ADP
Seconda fosforilazione a livello del substrato catalizzata dalla piruvato chinasi che richiede come coenzimi Mg2+ e K+. Si produce come intermedio il piruvato nella forma enolica che tautomerizza rapidamente in forma chetonica.
Bilancio complessivo
La reazione complessiva della glicolisi è:
| D-glucosio |  |
2 x Piruvato |
|---|---|---|
 |
 |
|
|
+ 2 [NAD]+ |
+ 2 [NADH] |
In condizioni aerobiche le molecole di NADH vengono riossidate a NAD+ nella catena di trasporto degli elettroni, per ogni molecola vengono prodotte 2,5 molecole di ATP. Il piruvato invece in condizioni aerobiche entrerà nel ciclo di Krebs per essere ulteriormente ossidato mentre in condizioni anaerobiche andrà in contro a fermentazione.
Link utili
- Riassunto glicolisi (nomi molecole) – pdf
ChemHacks 