Contenuto
- Nozioni di base sul glucosio
- Il percorso completo della glicolisi
- Glicolisi: fase di investimento
- Glicolisi: fase di ritorno
- Regolazione della glicolisi
- Attivazione enzimatica della glicolisi
- Inibizione dell'enzima glicolisi
- Maggiori informazioni sul regolamento esacinasi
La glicolisi è un processo metabolico universale tra gli esseri viventi del mondo. Questa serie di 10 reazioni nel citoplasma di tutte le cellule converte la molecola di zucchero a sei atomi di carbonio glucosio in due molecole di piruvato, due molecole di ATP e due molecole di NADH.
Informazioni sulla glicolisi.
Nel procarioti, che sono gli organismi più semplici, la glicolisi è davvero l'unico gioco del metabolismo cellulare in città. Questi organismi, quasi tutti costituiti da una singola cellula con relativamente pochi contenuti, hanno bisogni metabolici limitati e la glicolisi è sufficiente per consentire loro di prosperare e riprodursi in assenza di fattori concorrenti. eucariotid'altra parte, srotolare la glicolisi come qualcosa di appetito richiesto prima che il piatto principale della respirazione aerobica entri in scena.
Le discussioni sulla glicolisi si concentrano spesso sulle condizioni che la favoriscono, ad esempio un'adeguata concentrazione di substrato e di enzimi. Meno spesso menzionato, ma anche importante, sono cose che potrebbero essere progettate inibire il tasso di glicolisi. Sebbene le cellule necessitino di energia, far scorrere continuamente tanta materia prima attraverso il mulino per glicolisi non è sempre il risultato cellulare desiderato. Fortunatamente per la cellula, numerosi partecipanti alla glicolisi hanno la capacità di influenzarne la velocità.
Nozioni di base sul glucosio
Il glucosio è uno zucchero a sei atomi di carbonio con la formula C6H12O6. (Divertente curiosità sulla biomolecola: ogni carboidrato - che sia uno zucchero, un amido o una fibra insolubile - ha la formula chimica generale CNH2NON.) Ha una massa molare di 180 g, simile agli amminoacidi più pesanti in termini di dimensioni. È in grado di diffondersi liberamente dentro e fuori la cellula attraverso la membrana plasmatica.
Il glucosio è un monosaccaride, il che significa che non viene prodotto combinando zuccheri più piccoli. Il fruttosio è un monosaccaride, mentre il saccarosio ("zucchero da tavola") è un disaccaride assemblato da una molecola di glucosio e una molecola di fruttosio.
In particolare, il glucosio ha la forma di un anello, rappresentato come un esagono nella maggior parte dei diagrammi. Cinque dei sei atomi di anello sono glucosio, mentre il sesto è ossigeno. Il carbonio numero 6 si trova in un metile (- CH3) gruppo fuori dal ring.
Il percorso completo della glicolisi
La formula completa per la somma delle 10 reazioni di glicolisi è:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
In parole, ciò significa che una molecola di glucosio viene convertita in due molecole di glucosio, generando 2 ATP e 2 NADH (la forma ridotta di nicotinamide adenina dinucleotide, un comune "vettore di elettroni" in biochimica).
Si noti che non è necessario ossigeno. Sebbene il piruvato continui quasi invariabilmente a consumarsi nelle fasi aerobiche della respirazione, la glicolisi si verifica sia negli organismi aerobici che in quelli anaerobici.
Glicolisi: fase di investimento
La glicolisi è classicamente divisa in due parti: una "fase di investimento", che richiede 2 ATP (adenosina trifosfato, la "valuta energetica" delle cellule) per modellare la molecola di glucosio in qualcosa con una grande quantità di energia potenziale e un "payoff" o fase di "raccolta", in cui 4 ATP sono generati attraverso la conversione di una molecola a tre atomi di carbonio (gliceraldeide-3-fosfato o GAP) in un'altra, piruvato. Ciò significa che vengono generati in totale 4 -2 = 2 ATP per molecola di glucosio.
Quando il glucosio entra in una cellula, viene fosforilato (ovvero ha un gruppo fosfato attaccato ad essa) sotto l'azione dell'enzima esochinasi. Questo enzima, o catalizzatore proteico, è tra i più importanti enzimi regolatori della glicolisi. Ognuna delle 10 reazioni nella glicolisi è catalizzata da un enzima e quell'enzima a sua volta catalizza solo quella reazione.
Il glucosio-6-fosfato (G6P) risultante da questa fase di fosforilazione viene quindi convertito in fruttosio-6-fosfato (F6P) prima che si verifichi una seconda fosforilazione, questa volta nella direzione di fosfofruttochinasi, un altro enzima normativo critico. Ciò provoca la formazione di fruttosio-1,6-bisfosfato (FBP) e la prima fase della glicolisi è completa.
Glicolisi: fase di ritorno
Il fruttosio-1,6-bisfosfato viene suddiviso in una coppia di molecole a tre carboni, diidrossiacetone fosfato (DHAP) e gliceraldeide-3-fosfato (GAP). Il DHAP viene rapidamente convertito in GAP, quindi l'effetto netto della scissione è la creazione di due molecole identiche a tre atomi di carbonio da una singola molecola di carbonio a sei.
Il GAP viene quindi convertito dall'enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi in 1,3-difosfoglicerato. Questo è un passo impegnativo; NAD+ viene convertito in NADH e H+ usando atomi di idrogeno estratti da GAP, e quindi la molecola viene fosforilata.
Nelle fasi rimanenti, che trasformano 1,3-difosfoglicerato in piruvato, entrambi i fosfati vengono rimossi in sequenza dalla molecola a tre atomi di carbonio per generare ATP. Poiché tutto ciò che accade dopo la scissione dell'FBP avviene due volte per molecola di glucosio, ciò significa che 2 NADH, 2 H+ e 4 ATP sono generati nella fase di ritorno, per una rete di 2 NADH, 2 H+ e 2 ATP.
Maggiori informazioni sul risultato finale della glicolisi.
Regolazione della glicolisi
Tre degli enzimi che partecipano alla glicolisi svolgono un ruolo importante nella regolazione del processo. Due, hexokinase e phosphofructokinase (o PFK), sono già stati menzionati. Il terzo, piruvato chinasi, è responsabile della catalizzazione della reazione finale di glicolisi, la conversione del fosfoenolpiruvato (PEP) in piruvato.
Ognuno di questi enzimi ha attivatori così come inibitori. Se hai familiarità con la chimica e il concetto di inibizione del feedback, potresti essere in grado di prevedere le condizioni che portano un determinato enzima ad accelerare o rallentarne l'attività. Ad esempio, se una regione di una cellula è ricca di G6P, ti aspetteresti che esocinasi cerchi aggressivamente qualsiasi molecola di glucosio che vaga? Probabilmente no, perché in queste condizioni non è necessario generare urgentemente G6P aggiuntivo. E tu avresti ragione.
Attivazione enzimatica della glicolisi
Mentre l'esokinasi è inibita dal G6P, viene attivato dall'AMP (adenosina monofosfato) e dall'ADP (adenosina difosfato), così come la PFK e la piruvato chinasi. Questo perché livelli più elevati di AMP e ADP generalmente indicano livelli più bassi di ATP e quando ATP è basso, l'impulso per la glicolisi è elevato.
La piruvato chinasi è anche attivata dal fruttosio-1,6-bisfosfato, il che ha senso, perché troppa FBP implica che un intermedio di glicolisi si sta accumulando a monte e le cose devono accadere più rapidamente alla fine del processo. Inoltre, il fruttosio-2,6-bisfosfato è un attivatore di PFK.
Inibizione dell'enzima glicolisi
L'esokinase, come notato, è inibito da G6P. PFK e piruvato chinasi sono entrambi inibiti dalla presenza di ATP per lo stesso motivo base per cui sono attivati da AMP e ADP: lo stato energetico della cellula favorisce una diminuzione del tasso di glicolisi.
PFK è anche inibito da citrato, un componente del ciclo di Krebs che si verifica a valle della respirazione aerobica. La piruvato chinasi è inibita da acetil-CoA, che è la molecola in cui viene convertito il piruvato dopo la fine della glicolisi e prima dell'inizio del ciclo di Krebs (in effetti, l'acetil CoA si combina con l'ossaloacetato nella prima fase del ciclo per creare citrato). Infine, anche l'amminoacido alanina inibisce la piruvato chinasi.
Maggiori informazioni sul regolamento esacinasi
Potresti aspettarti che altri prodotti della glicolisi oltre al G6P inibiscano l'esachinasi, poiché la loro presenza in quantità significative sembra indicare una ridotta necessità di G6P. Tuttavia, solo G6P stesso inibisce la hexokinase. Perchè è questo?
Il motivo è abbastanza semplice: G6P è necessario per percorsi di reazione diversi dalla glicolisi, incluso lo shunt pentoso fosfato e sintesi di glicogeno. Pertanto, se molecole a valle diverse da G6P potessero impedire l'esokinasi dal suo lavoro, anche questi altri percorsi di reazione rallenterebbero per mancanza di G6P che entra nel processo e rappresenterebbero quindi un danno collaterale di una sorta.