Catabolismo delle sostanze nutrienti Ammino- acidi Acidi grassi glucosio Catabolismo delle sostanze nutrienti Glicolisi e- piruvato Complesso della piruvato deidrogenasi Esso può essere diviso in tre fasi e- e- CO2 Acetil-CoA e- Fase 1: Produzione di Acetil-CoA Ossalacetato Citrato e- Ciclo dell’acido citrico Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA e- e- e- CO2 CO2 Fase 3: Trasferimento degli elettroni e fosforilazione ossidativa NADH FADH2 (trasportatori Ridotti di e-) e- 2H+ + 1/2O2 Catena respiratoria (trasferimento degli Elettroni) H2O ADP + Pi ATP

GLICOLISI Il glucosio è la principale sostanza nutriente Precursore di molte molecole La sua ossidazione ad H2O e CO2 libera 2840 kJ/mole Altri zuccheri diversi del glucosio entrano nella glicolisi Saccarosio, Lattosio, Maltosio, Trealosio, …

Nella glicolisi, una molecola di glucosio viene degradata in due molecole di piruvato mediante una serie di reazioni catalizzate da enzimi. Una parte dell’energia libera rilasciata dal glucosio viene convertita in ATP La glicolisi è una via metabolica ben studiata in quanto è la via centrale del catabolismo del glucosio. Nel corso dell’evoluzione la sequenza delle reazioni è stata conservata.

Tre possibili destini del glucosio Glicolisi (10 reazioni successive) Condizioni anaerobiche Condizioni anaerobiche 2 Puruvato 2 Etanolo + 2 CO2 2 Lattato O2 Fermentazione Alcolica Nel lievito Fermentazione a lattato nel muscolo in attività, negli eritrociti e in alcuni microrganismi CO2 2 Acetil-CoA O2 Ciclo dell’acido citrico 4 CO2 + 4 H2O

La glicolisi è divisa in due fasi Glucosio Fase Preparatoria Piruvato 1 (-ATP) Fase di recupero Glucosio-6-fosfato (+2 ATP) 10 2 Fosfoenolpiruvato Fruttosio-6-fosfato 9 3 (-ATP) 2-fosfoglicerato Fruttosio-1,6-bisfosfato 8 4 3-fosfoglicerato Gliceraldeide-3-fosfato (+2 ATP) 6 7 5 (-2 NAD+) 1,3-bisfosfoglicerato Diidrossiacetone-3-fosfato

Prima tappa Fosforilazione del glucosio ATP ADP Mg2+ Esochinasi Glucosio Glucosio-6-fosfato DG°’= -16,7 kJ/mole

Seconda tappa Conversione del glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato Mg2+ Fosfoesosio isomerasi Glucosio-6-fosfato Fruttosio-6-fosfato DG°’= 1,7 kJ/mole

Fruttosio-1,6-bisfosfato Terza tappa Fosforilazine del fruttosio-6-fosfato a fruttosio-1,6-bisfosfato ATP ADP Mg2+ Fosfofruttochinasi-1 Fruttosio-6-fosfato Fruttosio-1,6-bisfosfato DG°’= -14,2 kJ/mole

Quarta tappa Rottura del fruttosio-1,6-bisfosfato + Aldolasi Fruttosio-1,6-bisfosfato Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide- 3-fosfato DG°’= 23,8 kJ/mole

Quinta tappa Interconversione dei triosi fosfati Trioso fosfato isomerasi Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide- 3-fosfato DG°’= 7,5 kJ/mole

Sesta tappa Ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato NAD+ NADH + H+ Gliceraldeide-3- Fosfato deidrogenasi Gliceraldeide- 3-fosfato 1,3-bisfosfoglicerato DG°’= 6,3 kJ/mole

Settima tappa Trasferimento del gruppo fosforico all’ADP ATP Mg2+ Fosfoglicerato chinasi 1,3-bisfosfoglicerato 3-fosfoglicerato DG°’= -18,8 kJ/mole

Ottava tappa Conversione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato Mg2+ Fosfoglicerato mutasi 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato DG°’= 4,4 kJ/mole

Nona tappa Deidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato H2O Enolasi 2-fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato DG°’= 7,5 kJ/mole

Decima tappa Trasferimento del fosfato all’ADP ATP Mg2+, K+ Piruvato chinasi Fosfoenolpiruvato Piruvato DG°’= -31,4 kJ/mole

Bilancio complessivo della glicolisi in condizioni aerobiche 2 ADP + Pi 2 ATP 2 NAD+ 2 NADH + H+ 2 Glucosio Piruvato

In condizioni anaerobiche il NAD+ viene rigenerato NADH + H+ NAD+ Lattato deidrogenasi Piruvato Lattato Fermentazione lattacida DG°’= -25,1 kJ/mole

Bilancio complessivo della glicolisi in condizioni anaerobiche 2 ADP + Pi 2 ATP 2 Glucosio Lattato

Nella fermentazione alcolica il piruvato viene convertito in etanolo con due reazioni TPP, Mg2+ Piruvato decarbossilasi Acetaldeide Piruvato NADH + H+ NAD+ Acetaldeide Etanolo Alcol deidrogenasi

Regolazione del catabolismo dei carboidrati Glucosio Piruvato 1 (l’esochinasi è inibita dal suo prodotto) Glucosio-6-fosfato (la piruvato chinasi è inibita dall’ATP) 10 2 Fosfoenolpiruvato Fruttosio-6-fosfato 9 (la fosfofruttochinasi è inibita da ATP e citrato ed è attivata da AMP, ADP e fruttosio-2,6-bisfosfato) 3 2-fosfoglicerato Fruttosio-1,6-bisfosfato 8 4 3-fosfoglicerato Gliceraldeide-3-fosfato 6 7 5 1,3-bisfosfoglicerato Diidrossiacetone-3-fosfato

Catabolismo delle sostanze nutrienti Ammino- acidi Acidi grassi glucosio Catabolismo delle sostanze nutrienti Glicolisi e- piruvato Complesso della piruvato deidrogenasi Esso può essere diviso in tre fasi e- e- CO2 Acetil-CoA e- Fase 1: Produzione di Acetil-CoA Ossalacetato Citrato e- Ciclo dell’acido citrico Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA e- e- e- CO2 CO2 Fase 3: Trasferimento degli elettroni e fosforilazione ossidativa NADH FADH2 (trasportatori Ridotti di e-) e- 2H+ + 1/2O2 Catena respiratoria (trasferimento degli Elettroni) H2O ADP + Pi ATP

Piruvato Deidrogenasi Ciclo dell’acido citrico o ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs Prima di entrare nel ciclo il piruvato deve essere convertito in acetil-CoA NAD+ CO2 + NADH CoA-SH TPP,lipoato, FAD Complesso della Piruvato Deidrogenasi (E1, E2, E3) Piruvato Acetil-CoA DG°’= -33,4 kJ/mole

Complesso della piruvato deidrogenasi E1: Piruvato deidrogenasi 24 x 96.000 Piruvato E2 E1 E3 TPP OH | CH3-C-H E2: diidrolipoil transacetilasi 24 x 70.000 Lipoillisina ossidata TPP E2 E1 E3 1 FAD CO2 E3: diidrolipoil deidrogenasi 12 x 56.000 FAD NADH + H+ 2 5 FAD TPP E2 E1 E3 NAD+ FADH2 E2 E1 E3 Lipoillisina ridotta CoA-SH TPP 3 4 E2 E1 E3 CoA TPP FAD

Reazioni del ciclo dell’acido citrico Acetil-CoA 1 Citrato 2 Ossalacetato Isocitrato NADH 3 8 CO2 NADH Malato a-chetoglutarato 7 4 CO2 Fumarato NADH 6 Succinil-CoA 5 FADH2 Succinato GTP (ATP)

Prima tappa Condensazione dell’acetil-CoA con l’ossalacetato H2O CoA-SH Citrato sintasi Ossalacetato Acetil-CoA Citrato DG°’= -32,2 kJ/mole

Seconda tappa Formazione dell’isocitrato attraverso il cis-aconitato H2O H2O Aconitasi Aconitasi Citrato Isocitrato Aconitato DG°’= -13,3 kJ/mole

Terza tappa Ossidazione dell’isocitrato ad a-chetoglutarato NAD+ NADH + H+ + CO2 Isocitrato deidrogenasi Isocitrato a-chetoglutarato DG°’= -20,9 kJ/mole

Quarta tappa Ossidazione del a-chetoglutarato a succinil-CoA CoA-SH NAD+ NADH + H+ + CO2 Complesso dell’a-chetoglutarato deidrogenasi a-chetoglutarato Succinil-CoA DG°’= -33,5 kJ/mole

Quinta tappa Conversione del a succinil-CoA a succinato GDP + Pi CoA-SH GTP Succinil-CoA sintetasi Succinil-CoA Succinato DG°’= -2,9 kJ/mole

Sesta tappa Ossidazione del succinato a fumarato FAD FADH2 Succinato deidrogenasi Fumarato Succinato DG°’= 0 kJ/mole

Settima tappa Idratazione del fumarato per produrre malato H2O Fumarasi Fumarato Malato DG°’= -3,8 kJ/mole

Ottava tappa Ossidazione del malato a ossalacetato NAD+ NADH + H+ Malato deidrogenasi Malato Ossalacetato DG°’= 29,7 kJ/mole

L’energia liberata dalle ossidazioni viene conservata nel ciclo reazione Numero di molecole di ATP o di coenzima ridotto formate Numero di molecole di ATP formate complessivamente Glucosio  glucosio-6-fosfato - 1 ATP -1 Fruttosio-6-fosfato  fruttosio-1,6-bisfosfato 2 Gliceraldeide-3-fosfato  2 1,3-bisfosfoglicerato 2 NADH 5 2 1,3-bisfosfoglicerato  2 3-fosfoglicerato 2 ATP 2 2 Fosfoenolpiruvato  2 piruvato 2 Piruvato  2 acetil-CoA 2 Isocitrato  2 a-chetoglutarato 2 a-chetoglutarato  2 succinil-CoA 2 succinil-CoA  2 succinato 2 ATP (o2 GTP) 2 succinato  2 fumarato 2 FADH2 3 2 Malato  2 ossalacetato totale 32

Regolazione del ciclo dell’acido citrico ATP, acetil-CoA, NADH, acidi grassi Piruvato AMP, CoA, NAD+, Ca2+ Piruvato deidrogenasi Acetil-CoA NADH, succinil-CoA, citrato, ATP ADP 1 Citrato 2 Ossalacetato Isocitrato NADH 3 ATP 8 Ca2+,ADP NADH Malato a-chetoglutarato 7 4 Succinil-CoA, NADH Fumarato NADH Ca2+ 6 Succinil-CoA 5 FADH2 Succinato GTP (ATP)