Via catabolica per estrarre Energia (E) da molecole combustibili in assenza di Ossigeno Degradazione anaerobia del D-Glucosio a 2 molecole di Piruvato.

Presentazione sul tema: "Via catabolica per estrarre Energia (E) da molecole combustibili in assenza di Ossigeno Degradazione anaerobia del D-Glucosio a 2 molecole di Piruvato."— Transcript della presentazione:

1 Via catabolica per estrarre Energia (E) da molecole combustibili in assenza di Ossigeno Degradazione anaerobia del D-Glucosio a 2 molecole di Piruvato glu + 2NAD + + 2ADP + 2Pi  2Pyr + NADH + 2H + + 2ATP + 2H 2 O

2 Aerobi  respirazione (ossidazione molecole organiche da parte di O 2 ) Anaerobi  reazioni di ossido-riduzione, no ossidazione completa del combustibile (eccezione: anaerobi facoltativi!) Fermentazione omolattica: 2 acido lattico + 2ATP Fermentazione alcolica: 2 etanolo + 2CO 2 + 2ATP

3 Glicolisi avviene nel citosol, 10 tappe catalizzate da 10 enzimi diversi Alcuni Intermedi di reazione fosforilati il gruppo fosfato: 1) è carico negativamente e rende polari gli intermedi a cui si lega  non passano la mb mediante diffusione semplice (glicolisi nel citosol!) 2) serve come gruppo di legame e di riconoscimento per la formazione di complessi enzima-substrato 3) fondamentale per la conservazione dell’energia 3 Trasformazioni chimiche: via del Carbonio, via del Fosfato, via di elettroni

4 Fase preparatoria D-glu catabolizzato a diidrossiacetone fosfato e gliceraldaide-3P 2 ATP consumati

5 I Tappa – I reazione di attivazione D-glu + ATP  D-glu-6P + ADP FOSFORILAZIONE ESOCHINASI: -presente in lieviti, batteri, e molti tessuti animali e vegetali; -largamente distribuito e presente nella > parte delle cellule (muscolo scheletrico); -catalizza la fosforilazione di diversi zuccheri (es. fruttosio, mannosio); -elevata affinità per aldoesosi; -presenti 3 isoenzimi in tessuti animali con diversa affinità per glu ed è un enzima regolatore allosterico inibito dal suo prodotto; -richiede Mg ++ o Mn ++ x attività GLUCOCHINASI: -catalizza la fosforilazione SOLO del glu; -presente nel fegato; -è un enzima regolatore NON è inibito dal suo prodotto; -richiede Mg ++ o Mn ++ x attività REAZIONE IRREVERSIBILE IN CONDIZIONI INTRACELLULARI

6 - Esochinasi completamente saturata alle concentrazioni ematiche normali di glu (circa 5mM) - Glucochinasi ha una K M per il glu molto più alta, richiede quindi una concentrazione di glu maggiore per diventare completamente attiva; entra in gioco con concentrazioni di glu molto elevate (dopo un pasto ricco di zuccheri); Insulina stimola sintesi dell’enzima, carente in condizioni di diabete mellito

7 II tappa D- glu -6P  D- fru -6P ISOMERIZZAZIONE GLUCOSIO 6 FOSFATO ISOMERASI Enzima specifico per questa reazione e per questi substrati Richiede Mg ++ per attività REAZIONE REVERSIBILE IN CELLULA

8 D-fru-6P + ATP  D-fru- 1,6- bisfosfato + ADP 6 FOSFOFRUTTO CHINASI: -Enzima allosterico  modulatori positivi: AMP, ADP modulatori negativi: alte conc. ATP, acido citrico, acidi grassi a lunga catena -Richiede Mg ++ per attività catalitica REAZIONE IRREVERSIBILE PUNTO FONDAMENTALE DI REGOLAZIONE DELLA GLICOLISI

9 IV tappa D- fru- 1,6 -bisfosfato  diidrossiacetone P + D- gliceraldeide -3P FRUTTOSIO DIFOSFATO ALDOLASI (condensazione aldolica reversibile): - Aldolasi di classe I Presente in animali, piante superiori ; Lisina presente ne sito catalitico e gruppi –SH liberi, alcuni necessari per attività catalitica; -Aldolasi di classe II Presente in batteri lieviti e funghi; Dimeriche e necessitano di Fe ++ e Zn ++ per attività - Nei mammiferi 3 isoenzimi: A (>SNC, muscolo schel), B (fegato), C (alcune aree SNC) con differenti cinetiche, differenti affinità per substrato e diversa distribuzione tissutale

10 V tappa diidrossiacetone P  D- gliceraldeide -3P TRIOSO FOSFATO ISOMERASI Solo uno dei due triosi viene successivamente degradato nella seconda fase della glicolisi, il diidrossiacetone P viene convertito rapidamente e reversibilmente in D-gliceraldeide 3P

11 Seconda Fase Reazioni di ossidoriduzione e conservazione dell’energia 4 ATP e 1 NADH prodotti

12 VI tappa I REAZIONE IMPORTANTE: CONSERVAZIONE DI ENERGIA! gliceraldeide 3P +Pi +NAD +  1,3-bisfosfoglicerato +NADH +H + GLICERALDEIDE 3 FOSFATO DEIDROGENASI: -è composta da 4 subunità identiche, ognuna con un sito catalitico a cui è legato un NAD +, un residuo di cisteina (Cys) e uno di istidina (His) importanti per l’attività. -L'aldeide reagisce con il gruppo -SH della Cys, legandosi all'enzima attraverso la formazione di un semitioacetale. -NAD + è associato all'enzima in una posizione molto vicina a quella della Cys. La presenza di una His favorisce la deprotonazione della gliceraldeide-3-P ed il trasferimento del protone sul NAD +, che viene così convertito a NADH -Il NADH viene immediatamente sostituito da un'altra molecola di NAD +. -Il semitioacetale, in seguito alla deprotonazione, viene convertito in tioestere (acil- enzima) -la presenza di NAD + favorisce l'ingresso nel sito attivo di un gruppo fosfato -spiazzamento del legame tioestere ad opera del fosfato, che libera così il substrato (ormai 1,3-bisfosfoglicerato) da ogni legame con l'enzima -viene completamente rigenerato il gruppo-SH della Cys

13 E SH E NAD+ RCHO E NAD+ S C R H OH E S C R O NADH NAD+ E S C R O NAD+ E SH NAD+ Pi Trasferimento e - semitioacetale Legame tioestere O R C O PO3 2- + Acil-enzima

14 VII tappa 1,3-bisfosfoglicerato + 2ADP  3-fosfoglicerato + 2ATP FOSFOGLICERATO CHINASI elevata affinità per substrato REAZIONE ESOERGONICA VIII tappa 3-fosfoglicerato  2-fosfoglicerato FOSFOGLICERO MUTASI Mg++ necessario, 2 forme, una presente in tessuti animali sembra richiedere intermedio di reazione REAZIONE ESOERGONICA

15 IX tappa 2-fosfoglicerato  fosfoenolpiruvato ENOLASI: -richiede Mg ++ o Mn ++ per attività -reazione avviene con eliminazione di una mol di H2O da C in posizione 2 e 3 (reaz redox intramolecolare) II REAZIONE IMPORTANTE: CONSERVAZIONE DI ENERGIA!

16 X tappa fosfoenolpiruvato + 2ADP  piruvato + 2ATP PIRUVATO CHINASI: -richiede Mg ++ o Mn ++ per attività -richiede la presenza di un metallo alcalino (es.K + ) come attivatore fisiologico (cambiamento conformazionale lo rende più attivo) - Modulatori allosterici negativi: alte conc. ATP, acetil CoA, acidi grassi a lunga catena e alcuni aa (Alanina) REAZIONE ESOERGONICA Tenere presente che dalla sesta tappa in poi si hanno sempre 2 molecole di substrato e 2 molecole di prodotto!

17 Fermentazione lattica e alcolica F. lattica F. alcolica Pyr + NADH + H +  Ac. Lattico + NAD + LATTICO DEIDROGENASI: - presente in animali in 5 isoenzimi con vel di reazione diverse - reazione di riduzione NADH formato nella tappa 6 cede e - al piruvato - acido lattico formato diffonde attraverso mb cell nell’ambiente circostante come prodotto di rifiuto - in condizioni anaerobiche nei muscoli degli animali quando sotto sforzo producono ac. lattico che passa al sangue, viene recuprato dal fegato e riutilizzato per formare glu 1) PIRUVICO DECARBOSSILASI - Mg ++ e coenzima tiamina pirofosfato - intermedi di reazione legati covalentemente alla tiamina pirofosfato - irreversibile 2) ALCOL DEIDROGENASI 1) Pyr  Acetaldeide + CO2 2) Acetald + NADH + H +  Etanolo+ NAD +

18 Glicolisi – ALTRI CARBOIDRATI 1) Polisaccaridi: glicogeno e amido 2) Disaccaridi: maltosio, lattosio, saccarosio 3) Altri monosaccaridi: fruttosio, galattosio, mannosio

19 1) Polisaccaridi: glicogeno e amido Glicogeno: principale polisaccaride di riserva presente nelle cell animali; formato da catene di glu in legame α(1 4) ramificate, i legami di ramificazione sono α(1 6); presente nel fegato sotto forma di granuli e nel muscolo scheletrico Amido: principale polisaccaride di riserva presente nelle cell vegetali; 2 tipi di polimeri: amilosio e amilopectina, formati da catene di glu in legame α(1 4), nel secondo tipo sono ramificate, i legami di ramificazione sono α(1 6);

20 I due polisaccaridi entrano in glicolisi attraverso l’azione di due enzimi: 1) Glicogeno (o amido) fosforilasi: rimozione di residui di glu all’estremità non riducente della catena di glicogeno (reazione di fosforlisi) e aggiunta di un gruppo fosfato in posizione 1 (nei punti di ramificazione interviene un altro enzima α(1 6) glucosidasi) 2) Fosfoglucomutasi: Conversione del glu 1P in glu 6P

21 1) Glicogeno (o amido) fosforilasi: Composto da 4 subunità, ognuna delle quali ha un residuo di fosfoserina e una molecola di pirodossal fosfato covalentemente legata ad un residuo di lisina necessari x attività catalitica Nel muscolo esiste in 2 forme: fosforilasi a, fosforilata cataliticamente attiva, e fosforilasi b, defosforilata molto meno attiva La velocità di conversione del glicogeno in glu 1P è regolata dal rapporto tra le due forme di fosforilasi: 1) la fosforilasi a può essere convertita nella forma b dalla fosforilasi a fosfatasi, che rimuove i gruppi fosfato dalla serina e provoca la dissociazione dell’enzima in due molecole di fosforilasi b (irreversibile) La fosforilasi b a sua volta può essere convertita in a tramite la fosforilasi b chinasi utilizzando 4 ATP (2 x ogni molecola di f. b) 2) la forma b viene stimolata dall’AMP (modulatore allosterico positivo), che aumenta nel muscolo durante il consumo di ATP durante la contrazione; viene inibita dall’ATP (modulatore allosterico negativo) A riposo tutta la fosforilasi è in forma b

22 Enzima presente anche nel fegato: le due forme a e b come principio funzionano come nel muscolo ma hanno struttura e proprietà di regolazione La demolizione del glicogeno in questa sede ha lo scopo di produrre glu ematico libero In condizioni di emergenza l’adrenalina stimola la sintesi della forma a per produrre glu e renderlo disponibile nei muscoli

23 2) Fosfoglucomutasi: Composto da un residuo di Serina necessari x attività catalitica Inibito da fosfato organici che legano in modo irreversibile che formano esteri inattivi con i residui di Serina Richiede un intermedio di reazione: 1)fosfoenzima+ glu 1P  defosfoenzima + glu 1,6- difosfato 2)defosfoenzima + glu 1,6- difosfato  fosfonzima+ glu 6P

24 2) Disaccaridi: maltosio, lattosio, saccarosio Idrolizzati nelle cellule di rivestimento nell’intestino tenue in esosi: - maltosio + H2O  2 glucosio α GLUCOSIDASI - lattosio + H2O  galattosio + glucosio β GALATTOSIDASI - saccarosio + H2O  glucosio + fruttosio β FRUTTOFURANOSIDASI

25 Punti di regolazione della glicolisi Ingresso nella glicolisi: - Esochinasi e Glucochinasi - Glicogeno fosforilasi Sequenza glicolitica: - Fosfofruttochinasi - Piruvato chinasi