Percorso Metabolico della Glicolisi
La glicolisi è il percorso metabolico più diffuso di demolizione del glucosio, noto anche come Embden–Meyerhof–Parnas (EMP).
Il Glucosio è il monosaccaride più utilizzato dalle cellule sia eucariote che procariote, con cui genera energia sia sotto forma di ATP che sottoforma di molecole ossidabili.
Le molecole ossidabili, Ione piruvato e NAHD, saranno poi ossidati per fornire altri ATP nel ciclo di Krebs
Sebbene il Glucosio sia ossidato fino a ione Piruvato, questo ciclo metabolico non richiede la presenza di ossigeno ed avviene nel citoplasma delle cellule procariote e eucariote della maggior parte dei microrganismi con l’eccezione di batteri acetici che preferiscono l’etanolo.
Quindi la glicolisi crea molecole di ATP senza il bisogno di ossigeno ma può avvenire in presenza di ossigeno.
Essa forma lo ione piruvato che sarà poi utilizzato nel ciclo di Krebs nei mitocondri per la respirazione aerobica o anaerobica.
In alternativa può andare in vie fermentative, come la lattica o eterolattica.
La Glicolisi è rappresentata dalla seguente reazione
La reazione complessiva è:
Glucosio + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+—>2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Questo ciclo metabolico è composto di 10 singole reazioni attivate e regolate da 10 enzimi, quasi tutti allosterici.
E’ nel complesso un processo esorgonico che avviene quindi con diminuzione di energia libera biologica al pH e alle condizioni della cellula ed il suo valore misura la spontaneità del processo.
Come si vedrà dai singoli valori delle energie dei passaggi della glicolisi, ci sono solo tre step che sono fortemente esorgonici, mentre altri passaggi sono con aumento di energia libera o senza variazione di essa.
Questi ultime reazioni permettono che se non si richiede più ATP il flusso di massa nel processo sia fermato per non consumare molecole ed energia.
Se un prodotto non viene usato successivamente, bloccherà quel processo e così la glicolisi.
Ma se viene usato nel passaggio successivo, sposterà la reazione di equilibrio o poco spontanea verso la formazione del prodotto stesso.
Sono la continua rimozione del prodotto oppure l’eccesso di reagente a spostare la reazione evitando così consumo inutile di reagente.
I metodi di controllo della Glicolisi
Essi variano tra cellule eucariote e procariote e si possono riassumere nel controllo allosterico della Fosfofruttochinasi e nell’effetto di Feedback di ATP, Acido Citrico e Piruvato.
Nelle cellule eucariote c’è anche un controllo della trascrizione degli enzimi glicolitici che permette alla cellula di adattarsi alle alterazioni nello status ormonale.
Nei dati di seguito sono presentate energie libere biologiche standard e quelle presenti nella cellula alla concentrazione dei reagenti e prodotti.
Si noti come i processi che avvengono dopo la aldolasi, quando il glucosio1-6 difosfato si rompe in due pezzi, sono tutti processi complessivamente all’equilibrio ad eccezione della formazione dello ione Piruvato
Nella glicolisi i passaggi fortemente esorgonici devono essere regolati attraverso gli enzimi allosterici
Gli enzimi allosterici permettono di attivare o disattivare il processo complessivo stesso attraverso gli effettori positivi e negativi che sono spesso molecole del ciclo stesso oppure di cicli come quello di Krebs con effetto di Feedback.
Il passaggio di elezione dove si ha il controllo più completo, che dipende dal microrganismo o dal tipo di cellula, è la fase controllata dalla fosfofruttochinasi i cui attivatori e disattivatori provengono dai percorsi metabolici successivi alla glicolisi, come ciclo di Krebs.
La reazione complessiva è: Glucosio
+ 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+—>2
Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
I dati termodinamici sono tutti espressi in KJ/MOLE.
D-Fruttosio-6-fosfato
DG°’ della reazione-14,2
DG’ nella cellula-22,2
Fruttosio-1,6-difosfato
Gliceraldeide-3-fosfato + diidrossiacetonefosfato
Piruvato
Nella tabella che segue abbiamo riassunto gli enzimi e le variazioni di energia libera standard biologica e energia libera biologica nella cellula per visualizzare quali sono i passaggi irreversibili e quelli di equilibrio, governati dal principio di Le Chatelier.
Stadio | Enzima | DG°’ (kJ/mol) |
DG’ (kJ/mol) |
---|---|---|---|
1 | Esochinasi | -16.7 | -33.5 |
2 | Fosfoglucoisomerasi | +1.7 | -2.5 |
3 | fosfofruttocisasi | -14.2 | -22.2 |
4 | Aldolasi | +23.9 | -1.3 |
5 | Trioso fosfato isomerasi | +7.6 | +2.5 |
6 | Gliceraldeide-3-P deidrogenasi | +12.6 | -3.4 |
7 | Fosfoglicerato cinasi | -37.6 | +2.6 |
8 | Fosfoglicerato mutasi | +8.8 | +1.6 |
9 | Enolasi | +3.4 | -6.6 |
10 | Piruvato cinasi | -62.8 | -33.4 |
I valori di DG qui presentati sono valutati in base alle concentrazioni intracellulari degli intermedi glicolitici nei muscoli del coniglio.
Si noti che dopo la reazioni 5 i valori di DG sono stati raddoppiati per la presenza di due molecole di Gliceraldeide 3 fosfato.Di seguito si vedano i dati termodinamici riassunti
La formazione del piruvato è fortemente spontaneo e permette la sintesi di 2 molecole di ATP per molecola di glucosio.
Questi processi all’equilibrio implicano che il ciclo può arrivare a completezza solo se lo ione piruvato che si forma viene consumato in altri cicli metabolici che avvengono dopo la glicolisi.
Il consumo del Piruvato implica lo spostamento degli equilibri precedenti verso la formazione di altri ioni piruvato secondo il principio di Le Chatelier.