glicolisi - Glycolysis
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La glicolisi è la via metabolica che converte il glucosio C 6 H 12 O 6 , in acido piruvico , CH 3 COCOOH. L' energia libera rilasciata in questo processo viene utilizzata per formare le molecole ad alta energia adenosina trifosfato (ATP) e nicotinammide adenina dinucleotide (NADH) ridotta . La glicolisi è una sequenza di dieci reazioni catalizzate da enzimi .
La glicolisi è una via metabolica che non richiede ossigeno. L'ampia presenza di glicolisi in altre specie indica che si tratta di un'antica via metabolica. Infatti, le reazioni che costituiscono la glicolisi e la sua via parallela, la via dei pentoso fosfati , avvengono nelle condizioni prive di ossigeno degli oceani Archeani , anche in assenza di enzimi, catalizzati dal metallo.
Nella maggior parte degli organismi, la glicolisi si verifica nella parte liquida delle cellule, il citosol . Il tipo più comune di glicolisi è il percorso Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) , scoperto da Gustav Embden , Otto Meyerhof e Jakub Karol Parnas . La glicolisi si riferisce anche ad altri percorsi, come il percorso Entner-Doudoroff e vari percorsi eterofermentativi e omofermentativi. Tuttavia, la discussione qui sarà limitata al percorso Embden–Meyerhof–Parnas.
La via della glicolisi può essere suddivisa in due fasi:
- Fase di investimento - in cui viene consumato l'ATP
- Fase di resa – in cui viene prodotto più ATP di quanto consumato originariamente
Panoramica
La reazione complessiva della glicolisi è:
L'uso dei simboli in questa equazione la fa apparire sbilanciata rispetto agli atomi di ossigeno, agli atomi di idrogeno e alle cariche. L'equilibrio atomico è mantenuto dai due gruppi fosfato (P i ):
- Ciascuno esiste sotto forma di anione idrogeno fosfato (HPO 4 2− ), dissociandosi per contribuire con 2 H + in totale
- Ciascuno libera un atomo di ossigeno quando si lega a una molecola di adenosina difosfato (ADP), contribuendo complessivamente con 2 O
Le tariffe sono bilanciate dalla differenza tra ADP e ATP. Nell'ambiente cellulare, tutti e tre i gruppi ossidrilici di ADP si dissociano in −O − e H + , dando ADP 3 − , e questo ione tende ad esistere in un legame ionico con Mg 2+ , dando ADPMg − . L'ATP si comporta in modo identico tranne per il fatto che ha quattro gruppi ossidrilici, dando ATPMg 2− . Quando queste differenze insieme alle vere cariche sui due gruppi fosfato sono considerate insieme, le cariche nette di -4 su ciascun lato sono bilanciate.
Per fermentazioni semplici , il metabolismo di una molecola di glucosio in due molecole di piruvato ha una resa netta di due molecole di ATP. La maggior parte delle cellule effettuerà quindi ulteriori reazioni per "ripagare" il NAD + usato e produrre un prodotto finale di etanolo o acido lattico . Molti batteri usano composti inorganici come accettori di idrogeno per rigenerare il NAD + .
Le cellule che eseguono la respirazione aerobica sintetizzano molto più ATP, ma non come parte della glicolisi. Queste ulteriori reazioni aerobiche utilizzano piruvato e NADH + H + dalla glicolisi. La respirazione aerobica eucariotica produce circa 34 molecole aggiuntive di ATP per ogni molecola di glucosio, tuttavia la maggior parte di queste sono prodotte da un meccanismo molto diverso dalla fosforilazione a livello di substrato nella glicolisi.
La produzione di energia inferiore, per glucosio, della respirazione anaerobica rispetto alla respirazione aerobica, si traduce in un flusso maggiore attraverso il percorso in condizioni ipossiche (a basso contenuto di ossigeno), a meno che non si trovino fonti alternative di substrati ossidabili anaerobicamente, come gli acidi grassi.
| Metabolismo dei comuni monosaccaridi , tra cui glicolisi, gluconeogenesi , glicogenesi e glicogenolisi |
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Storia
Il percorso della glicolisi come è noto oggi ha impiegato quasi 100 anni per essere completamente chiarito. I risultati combinati di molti esperimenti più piccoli erano necessari per comprendere il percorso nel suo insieme.
I primi passi nella comprensione della glicolisi iniziarono nel XIX secolo con l'industria del vino. Per ragioni economiche, l'industria vinicola francese ha cercato di indagare sul motivo per cui il vino a volte diventava sgradevole, invece di fermentare in alcol. Lo scienziato francese Louis Pasteur ha studiato questo problema durante il 1850 e i risultati dei suoi esperimenti hanno iniziato la lunga strada per chiarire il percorso della glicolisi. I suoi esperimenti hanno mostrato che la fermentazione avviene per azione di microrganismi viventi , i lieviti, e che il consumo di glucosio da parte dei lieviti è diminuito in condizioni aerobiche di fermentazione, rispetto alle condizioni anaerobiche ( effetto Pasteur ).
La comprensione delle fasi componenti la glicolisi è stata fornita dagli esperimenti di fermentazione non cellulare di Eduard Buchner durante gli anni 1890. Buchner ha dimostrato che la conversione del glucosio in etanolo era possibile utilizzando un estratto non vivente di lievito, grazie all'azione degli enzimi nell'estratto. Questo esperimento non solo ha rivoluzionato la biochimica, ma ha anche permesso agli scienziati successivi di analizzare questo percorso in un ambiente di laboratorio più controllato. In una serie di esperimenti (1905-1911), gli scienziati Arthur Harden e William Young scoprirono più pezzi di glicolisi. Hanno scoperto gli effetti regolatori dell'ATP sul consumo di glucosio durante la fermentazione alcolica. Fanno anche luce sul ruolo di un composto come intermedio della glicolisi: il fruttosio 1,6-bisfosfato.
La delucidazione del fruttosio 1,6-bisfosfato è stata ottenuta misurando i livelli di CO 2 quando il succo di lievito è stato incubato con glucosio. La produzione di CO 2 è aumentata rapidamente per poi rallentare. Harden e Young hanno notato che questo processo riprenderebbe se un fosfato inorganico (Pi) fosse aggiunto alla miscela. Harden e Young hanno dedotto che questo processo produce esteri fosforici organici e ulteriori esperimenti hanno permesso loro di estrarre il fruttosio difosfato (F-1,6-DP).
Arthur Harden e William Young insieme a Nick Sheppard hanno determinato, in un secondo esperimento, che una frazione subcellulare ad alto peso molecolare termosensibile (gli enzimi) e una frazione citoplasmatica a basso peso molecolare termosensibile (ADP, ATP e NAD + e altri cofattori ) sono necessari insieme affinché la fermentazione proceda. Questo esperimento è iniziato osservando che il succo di lievito dializzato (purificato) non poteva fermentare o addirittura creare un fosfato di zucchero. Questa miscela è stata recuperata con l'aggiunta di estratto di lievito non dializzato che era stato bollito. L'ebollizione dell'estratto di lievito rende tutte le proteine inattive (in quanto le denatura). La capacità dell'estratto bollito più il succo dializzato di completare la fermentazione suggerisce che i cofattori fossero di carattere non proteico.
Negli anni '20 Otto Meyerhof fu in grado di collegare insieme alcuni dei molti singoli pezzi di glicolisi scoperti da Buchner, Harden e Young. Meyerhof e il suo team sono stati in grado di estrarre diversi enzimi glicolitici dal tessuto muscolare e combinarli per creare artificialmente il percorso dal glicogeno all'acido lattico.
In un articolo, Meyerhof e la scienziata Renate Junowicz-Kockolaty hanno studiato la reazione che divide il fruttosio 1,6-difosfato nei due triosi fosfati. Il lavoro precedente ha proposto che la scissione avvenisse tramite 1,3-difosfogliceraldeide più un enzima ossidante e una cosmasi. Meyerhoff e Junowicz hanno scoperto che la costante di equilibrio per la reazione di isomerasi e aldosi non era influenzata dai fosfati inorganici o da qualsiasi altro cosmasi o enzimi ossidanti. Hanno inoltre rimosso la difosfogliceraldeide come possibile intermedio nella glicolisi.
Con tutti questi pezzi disponibili negli anni '30, Gustav Embden ha proposto uno schema dettagliato, passo dopo passo, di quel percorso che ora conosciamo come glicolisi. Le maggiori difficoltà nel determinare le complessità del percorso erano dovute alla durata molto breve e alle basse concentrazioni allo stato stazionario degli intermedi delle reazioni glicolitiche veloci. Negli anni '40, Meyerhof, Embden e molti altri biochimici avevano finalmente completato il puzzle della glicolisi. La comprensione della via isolata è stata ampliata nei decenni successivi, per includere ulteriori dettagli sulla sua regolazione e integrazione con altre vie metaboliche.
Sequenza di reazioni
Riepilogo delle reazioni
+
2 × 3-fosfoglicerato
2 × 2-fosfoglicerato
2 × piruvato
Fase preparatoria
I primi cinque passaggi della glicolisi sono considerati la fase preparatoria (o di investimento), poiché consumano energia per convertire il glucosio in due fosfati di zucchero a tre atomi di carbonio ( G3P ).
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Il primo passo è la fosforilazione del glucosio da parte di una famiglia di enzimi chiamati esochinasi per formare il glucosio 6-fosfato (G6P). Questa reazione consuma ATP, ma agisce per mantenere bassa la concentrazione di glucosio, favorendo il trasporto continuo di glucosio nella cellula attraverso i trasportatori della membrana plasmatica. Inoltre, impedisce al glucosio di fuoriuscire: la cellula non ha trasportatori per G6P e la libera diffusione fuori dalla cellula è impedita a causa della natura carica di G6P. Il glucosio può in alternativa essere formato dalla fosforolisi o dall'idrolisi dell'amido intracellulare o del glicogeno.
Negli animali , nel fegato viene utilizzato anche un isoenzima dell'esochinasi chiamato glucochinasi , che ha un'affinità molto più bassa per il glucosio (K m in prossimità della glicemia normale) e differisce nelle proprietà regolatorie. La diversa affinità del substrato e la regolazione alternata di questo enzima riflettono il ruolo del fegato nel mantenimento dei livelli di zucchero nel sangue.
Cofattori: Mg 2+
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G6P viene quindi riarrangiato in fruttosio 6-fosfato (F6P) dalla glucosio fosfato isomerasi . Il fruttosio può anche entrare nella via glicolitica per fosforilazione a questo punto.
Il cambiamento nella struttura è un'isomerizzazione, in cui il G6P è stato convertito in F6P. La reazione richiede un enzima, fosfoglucosio isomerasi, per procedere. Questa reazione è liberamente reversibile in condizioni cellulari normali. Tuttavia, è spesso spinto in avanti a causa di una bassa concentrazione di F6P, che viene costantemente consumata durante la fase successiva della glicolisi. In condizioni di alta concentrazione di F6P, questa reazione si svolge facilmente al contrario. Questo fenomeno può essere spiegato attraverso il Principio di Le Chatelier . L'isomerizzazione ad uno zucchero cheto è necessaria per la stabilizzazione del carbanione nella quarta fase di reazione (sotto).
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Il dispendio energetico di un altro ATP in questo passaggio è giustificato in 2 modi: Il processo glicolitico (fino a questo passaggio) diventa irreversibile e l'energia fornita destabilizza la molecola. Poiché la reazione catalizzata dalla fosfofruttochinasi 1 (PFK-1) è accoppiata all'idrolisi dell'ATP (un passaggio energeticamente favorevole) è, in sostanza, irreversibile e deve essere utilizzata una via diversa per eseguire la conversione inversa durante la gluconeogenesi . Ciò rende la reazione un punto regolatorio chiave (vedi sotto). Questo è anche il passo limitante.
Inoltre, il secondo evento di fosforilazione è necessario per consentire la formazione di due gruppi carichi (piuttosto che uno solo) nella successiva fase di glicolisi, garantendo la prevenzione della libera diffusione dei substrati fuori dalla cellula.
La stessa reazione può anche essere catalizzata dalla fosfofruttochinasi pirofosfato dipendente ( PFP o PPi-PFK ), che si trova nella maggior parte delle piante, alcuni batteri, archea e protisti, ma non negli animali. Questo enzima utilizza il pirofosfato (PPi) come donatore di fosfato invece dell'ATP. È una reazione reversibile, aumentando la flessibilità del metabolismo glicolitico. Una variante dell'enzima PFK ADP-dipendente più rara è stata identificata nelle specie archeane.
Cofattori: Mg 2+
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Destabilizzare la molecola nella reazione precedente permette all'anello esoso essere raggruppati per aldolasi in due zuccheri trioso: diidrossiacetone fosfato (una chetoso), e gliceraldeide 3-fosfato (un aldoso). Esistono due classi di aldolasi: aldolasi di classe I, presenti in animali e piante, e aldolasi di classe II, presenti in funghi e batteri; le due classi utilizzano meccanismi diversi nella scissione dell'anello chetosio.
Gli elettroni delocalizzati nella scissione del legame carbonio-carbonio si associano al gruppo alcolico. Il carbanione risultante è stabilizzato dalla struttura del carbanione stesso tramite la distribuzione della carica di risonanza e dalla presenza di un gruppo prostetico ionico carico.
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La triosefosfato isomerasi interconverte rapidamente il diidrossiacetone fosfato con la gliceraldeide 3-fosfato ( GADP ) che procede ulteriormente nella glicolisi. Ciò è vantaggioso, poiché dirige il diidrossiacetone fosfato lungo la stessa via della gliceraldeide 3-fosfato, semplificando la regolazione.
Fase di pay-off
La seconda metà della glicolisi è nota come fase di pay-off, caratterizzata da un guadagno netto delle molecole ricche di energia ATP e NADH. Poiché il glucosio porta a due zuccheri triosi nella fase preparatoria, ogni reazione nella fase di pay-off avviene due volte per molecola di glucosio. Questo produce 2 molecole di NADH e 4 molecole di ATP, portando ad un guadagno netto di 2 molecole di NADH e 2 molecole di ATP dalla via glicolitica per glucosio.
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I gruppi aldeidici degli zuccheri triosi vengono ossidati e ad essi viene aggiunto fosfato inorganico , formando 1,3-bisfosfoglicerato .
L'idrogeno viene utilizzato per ridurre due molecole di NAD + , un vettore di idrogeno, per dare NADH + H + per ogni triosio.
L'equilibrio dell'atomo di idrogeno e l'equilibrio di carica sono entrambi mantenuti perché il gruppo fosfato (P i ) esiste effettivamente sotto forma di un anione idrogeno fosfato (HPO 4 2− ), che si dissocia per contribuire con lo ione H + in più e dà una carica netta di - 3 su entrambi i lati.
Qui, l' arsenato (AsO 4 3− ), un anione simile al fosfato inorganico può sostituire il fosfato come substrato per formare 1-arseno-3-fosfoglicerato. Questo, tuttavia, è instabile e si idrolizza facilmente per formare 3-fosfoglicerato , l'intermedio nella fase successiva del percorso. Come conseguenza del superamento di questo passaggio, la molecola di ATP generata da 1-3 bisfosfoglicerato nella reazione successiva non verrà prodotta, anche se la reazione procede. Di conseguenza, l'arsenato è un disaccoppiatore della glicolisi.
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Questo passaggio è il trasferimento enzimatico di un gruppo fosfato dall'1,3-bisfosfoglicerato all'ADP da parte della fosfoglicerato chinasi , formando ATP e 3-fosfoglicerato . A questo punto, la glicolisi ha raggiunto il punto di pareggio: sono state consumate 2 molecole di ATP e ora sono state sintetizzate 2 nuove molecole. Questo passaggio, uno dei due passaggi di fosforilazione a livello di substrato , richiede ADP; quindi, quando la cellula ha molto ATP (e poco ADP), questa reazione non si verifica. Poiché l'ATP decade in modo relativamente rapido quando non viene metabolizzato, questo è un importante punto di regolazione nella via glicolitica.
ADP esiste effettivamente come ADPMg − , e ATP come ATPMg 2− , bilanciando le cariche a -5 su entrambi i lati.
Cofattori: Mg 2+
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La fosfoglicerato mutasi isomerizza il 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato .
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L'enolasi poi converte il 2-fosfoglicerato in fosfoenolpiruvato . Questa reazione è una reazione di eliminazione che coinvolge un meccanismo E1cB .
Cofattori: 2 Mg 2+ , uno ione "conformazionale" da coordinare con il gruppo carbossilato del substrato, ed uno ione "catalitico" che partecipa alla disidratazione.
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Una fosforilazione finale a livello di substrato forma ora una molecola di piruvato e una molecola di ATP per mezzo dell'enzima piruvato chinasi . Questo serve come un ulteriore passaggio normativo, simile al passaggio della fosfoglicerato chinasi.
Cofattori: Mg 2+
Logica biochimica
L'esistenza di più di un punto di regolazione indica che gli intermedi tra quei punti entrano ed escono dalla via della glicolisi mediante altri processi. Ad esempio, nella prima fase regolata, l' esochinasi converte il glucosio in glucosio-6-fosfato. Invece di continuare attraverso la via della glicolisi, questo intermedio può essere convertito in molecole di riserva di glucosio, come il glicogeno o l' amido . La reazione inversa, scomponendo, ad esempio, il glicogeno, produce principalmente glucosio-6-fosfato; nella reazione si forma pochissimo glucosio libero. Il glucosio-6-fosfato così prodotto può entrare nella glicolisi dopo il primo punto di controllo.
Nella seconda fase regolata (la terza fase della glicolisi), la fosfofruttochinasi converte il fruttosio-6-fosfato in fruttosio-1,6-bisfosfato, che poi viene convertito in gliceraldeide-3-fosfato e diidrossiacetone fosfato. Il diidrossiacetone fosfato può essere rimosso dalla glicolisi mediante conversione in glicerolo-3-fosfato, che può essere utilizzato per formare trigliceridi. Al contrario, i trigliceridi possono essere scomposti in acidi grassi e glicerolo; quest'ultimo, a sua volta, può essere convertito in diidrossiacetone fosfato, che può entrare in glicolisi dopo il secondo punto di controllo.
Cambiamenti energetici gratuiti
| Composto | Concentrazione / mM |
|---|---|
| Glucosio | 5,0 |
| Glucosio-6-fosfato | 0,083 |
| Fruttosio-6-fosfato | 0,014 |
| Fruttosio-1,6-bisfosfato | 0,031 |
| Diidrossiacetone fosfato | 0.14 |
| Gliceraldeide-3-fosfato | 0,019 |
| 1,3-Bifosfoglicerato | 0.001 |
| 2,3-Bifosfoglicerato | 4.0 |
| 3-fosfoglicerato | 0.12 |
| 2-fosfoglicerato | 0.03 |
| fosfoenolpiruvato | 0,023 |
| piruvato | 0,051 |
| ATP | 1.85 |
| ADP | 0.14 |
| P io | 1.0 |
La variazione di energia libera, Δ G , per ogni passaggio nella via della glicolisi può essere calcolata utilizzando Δ G = Δ G °' + RT ln Q , dove Q è il quoziente di reazione . Ciò richiede la conoscenza delle concentrazioni dei metaboliti . Tutti questi valori sono disponibili per gli eritrociti , ad eccezione delle concentrazioni di NAD + e NADH. Il rapporto tra NAD + e NADH nel citoplasma è di circa 1000, il che rende più favorevole l'ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato (passo 6).
Utilizzando le concentrazioni misurate di ogni passaggio e le variazioni di energia libera standard, è possibile calcolare la variazione di energia libera effettiva. (Trascurare questo è molto comune: il delta G dell'idrolisi dell'ATP nelle cellule non è la variazione di energia libera standard dell'idrolisi dell'ATP citata nei libri di testo).
| Fare un passo | Reazione | Δ G °'/ (kJ / mol) | Δ G / (kJ / mol) |
|---|---|---|---|
| 1 | Glucosio + ATP 4− → Glucosio-6-fosfato 2− + ADP 3− + H + | −16,7 | −34 |
| 2 | Glucosio-6-fosfato 2− → Fruttosio-6-fosfato 2− | 1.67 | −2.9 |
| 3 | Fruttosio-6-fosfato 2− + ATP 4− → Fruttosio-1,6-bisfosfato 4− + ADP 3− + H + | −14,2 | −19 |
| 4 | Fruttosio-1,6-bisfosfato 4− → Diidrossiacetone fosfato 2− + Gliceraldeide-3-fosfato 2− | 23,9 | -0,23 |
| 5 | Diidrossiacetone fosfato 2− → Gliceraldeide-3-fosfato 2− | 7.56 | 2.4 |
| 6 | Gliceraldeide-3-fosfato 2− + P i 2− + NAD + → 1,3-bisfosfoglicerato 4− + NADH + H + | 6.30 | −1,29 |
| 7 | 1,3-Bifosfoglicerato 4- + ADP 3- → 3-Fosfoglicerato 3- + ATP 4- | -18,9 | 0.09 |
| 8 | 3-fosfoglicerato 3− → 2-fosfoglicerato 3− | 4.4 | 0.83 |
| 9 | 2-fosfoglicerato 3− → fosfoenolpiruvato 3− + H 2 O | 1.8 | 1.1 |
| 10 | Fosfoenolpiruvato 3− + ADP 3− + H + → Piruvato − + ATP 4− | −31,7 | -23.0 |
Dalla misurazione delle concentrazioni fisiologiche dei metaboliti in un eritrocita sembra che circa sette dei passaggi della glicolisi siano in equilibrio per quel tipo di cellula. Tre dei passaggi — quelli con grandi variazioni negative di energia libera — non sono in equilibrio e sono indicati come irreversibili ; tali passaggi sono spesso soggetti a regolamentazione.
Il passaggio 5 nella figura è mostrato dietro gli altri passaggi, perché quel passaggio è una reazione secondaria che può diminuire o aumentare la concentrazione dell'intermedio gliceraldeide-3-fosfato. Quel composto viene convertito in diidrossiacetone fosfato dall'enzima trioso fosfato isomerasi, che è un enzima cataliticamente perfetto ; la sua velocità è così elevata che si può presumere che la reazione sia in equilibrio. Il fatto che G non sia zero indica che le concentrazioni effettive nell'eritrocita non sono note con precisione.
Regolamento
Gli enzimi sono i componenti principali che guidano la via metabolica e, quindi, l'esplorazione dei meccanismi regolatori su questi enzimi ci darà informazioni sui processi regolatori che influenzano la glicolisi. Ci sono in totale 9 passaggi primari nella glicolisi che è guidata da 14 diversi enzimi. Gli enzimi possono essere modificati o influenzati utilizzando 5 principali processi regolatori tra cui la modifica post-traduzionale (PTM) e la localizzazione.
Meccanismi biologici mediante i quali gli enzimi sono regolati
1. Espressione genica
2. Allosteria
3. Interazione proteina-proteina (PPI)
4. Modifica post-traduzionale (PTM)
5. Localizzazione
Regolazione da insulina negli animali
Negli animali, la regolazione dei livelli di glucosio nel sangue da parte del pancreas insieme al fegato è una parte vitale dell'omeostasi . Le cellule beta delle isole pancreatiche sono sensibili alla concentrazione di glucosio nel sangue. Un aumento della concentrazione di glucosio nel sangue li induce a rilasciare insulina nel sangue, che ha un effetto in particolare sul fegato, ma anche sulle cellule adipose e muscolari , inducendo questi tessuti a rimuovere il glucosio dal sangue. Quando la glicemia scende, le cellule beta pancreatiche cessano la produzione di insulina, ma, invece, stimolano le cellule alfa pancreatiche vicine a rilasciare glucagone nel sangue. Questo, a sua volta, fa sì che il fegato rilasci glucosio nel sangue scomponendo il glicogeno immagazzinato e mediante la gluconeogenesi. Se la caduta del livello di glucosio nel sangue è particolarmente rapida o grave, altri sensori di glucosio provocano il rilascio di adrenalina dalle ghiandole surrenali nel sangue. Ha la stessa azione del glucagone sul metabolismo del glucosio, ma il suo effetto è più pronunciato. Nel glucagone fegato e epinefrina causa la fosforilazione della chiave, limitante enzimi della glicolisi, la sintesi degli acidi grassi , la sintesi del colesterolo , gluconeogenesi e glicogenolisi. L'insulina ha l'effetto opposto su questi enzimi. La fosforilazione e la defosforilazione di questi enzimi (in ultima analisi in risposta al livello di glucosio nel sangue) è il modo dominante con cui queste vie sono controllate nel fegato, nel grasso e nelle cellule muscolari. Così la fosforilazione della fosfofruttochinasi inibisce la glicolisi, mentre la sua defosforilazione per azione dell'insulina stimola la glicolisi.
Regolazione degli enzimi limitanti la velocità
I quattro enzimi regolatori sono esochinasi (o glucochinasi nel fegato), fosfofruttochinasi e piruvato chinasi . Il flusso attraverso la via glicolitica viene regolato in risposta alle condizioni sia all'interno che all'esterno della cellula. I fattori interni che regolano la glicolisi lo fanno principalmente per fornire ATP in quantità adeguate ai bisogni della cellula. I fattori esterni agiscono principalmente su fegato , tessuto adiposo e muscoli , che possono rimuovere grandi quantità di glucosio dal sangue dopo i pasti (prevenendo così l' iperglicemia immagazzinando il glucosio in eccesso come grasso o glicogeno, a seconda del tipo di tessuto). Il fegato è inoltre in grado di rilasciare glucosio nel sangue tra i pasti, durante il digiuno e l'esercizio fisico prevenendo così l' ipoglicemia mediante la glicogenolisi e la gluconeogenesi . Queste ultime reazioni coincidono con l'arresto della glicolisi nel fegato.
Inoltre esochinasi e glucochinasi agiscono indipendentemente dagli effetti ormonali come controlli nei punti di ingresso del glucosio nelle cellule dei diversi tessuti. L'esochinasi risponde al livello di glucosio-6-fosfato (G6P) nella cellula o, nel caso della glucochinasi, al livello di zucchero nel sangue per impartire controlli interamente intracellulari della via glicolitica in diversi tessuti (vedi sotto ).
Quando il glucosio è stato convertito in G6P da esochinasi o glucochinasi, può essere convertito in glucosio-1-fosfato (G1P) per la conversione in glicogeno , oppure è convertito in alternativa dalla glicolisi in piruvato , che entra nel mitocondrio dove viene convertito in acetil-CoA e poi in citrato . Il citrato in eccesso viene esportato dal mitocondrio nel citosol, dove l' ATP citrato liasi rigenera l' acetil-CoA e l' ossalacetato (OAA). L'acetil-CoA viene quindi utilizzato per la sintesi degli acidi grassi e la sintesi del colesterolo , due modi importanti per utilizzare il glucosio in eccesso quando la sua concentrazione è elevata nel sangue. Gli enzimi limitanti la velocità che catalizzano queste reazioni svolgono queste funzioni quando sono stati defosforilati attraverso l'azione dell'insulina sulle cellule epatiche. Tra i pasti, durante il digiuno , l' esercizio o l'ipoglicemia, vengono rilasciati nel sangue glucagone ed epinefrina. Ciò fa sì che il glicogeno epatico venga riconvertito in G6P e quindi convertito in glucosio dall'enzima specifico del fegato glucosio 6-fosfatasi e rilasciato nel sangue. Il glucagone e l'adrenalina stimolano anche la gluconeogenesi, che converte i substrati non carboidrati in G6P, che si unisce al G6P derivato dal glicogeno, o lo sostituisce quando le riserve di glicogeno epatico sono esaurite. Questo è fondamentale per la funzione cerebrale, poiché il cervello utilizza il glucosio come fonte di energia nella maggior parte delle condizioni. La fosforilazione simultanea, in particolare, della fosfofruttochinasi , ma anche, in una certa misura, della piruvato chinasi, impedisce la glicolisi che si verifica contemporaneamente alla gluconeogenesi e alla glicogenolisi.
Esochinasi e glucochinasi
Tutte le cellule contengono l'enzima esochinasi , che catalizza la conversione del glucosio che è entrato nella cellula in glucosio-6-fosfato (G6P). Poiché la membrana cellulare è impermeabile al G6P, l'esochinasi agisce essenzialmente per trasportare il glucosio nelle cellule dalle quali non può più sfuggire. L'esochinasi è inibita da alti livelli di G6P nella cellula. Quindi la velocità di ingresso del glucosio nelle cellule dipende in parte dalla velocità con cui il G6P può essere eliminato dalla glicolisi e dalla sintesi del glicogeno (nelle cellule che immagazzinano il glicogeno, cioè fegato e muscoli).
Glucokinase , a differenza di esochinasi , non è inibito da G6P. Si verifica nelle cellule del fegato e fosforilirà il glucosio che entra nella cellula per formare glucosio-6-fosfato (G6P), quando il glucosio nel sangue è abbondante. Essendo questo il primo passo nella via glicolitica nel fegato, impartisce quindi un ulteriore livello di controllo della via glicolitica in questo organo.
Fosfofruttochinasi
La fosfofruttochinasi è un importante punto di controllo nella via glicolitica, poiché è uno dei passaggi irreversibili e ha effettori allosterici chiave, AMP e fruttosio 2,6-bisfosfato (F2,6BP).
Il fruttosio 2,6-bisfosfato (F2,6BP) è un attivatore molto potente della fosfofruttochinasi (PFK-1) che viene sintetizzato quando F6P viene fosforilato da una seconda fosfofruttochinasi ( PFK2 ). Nel fegato, quando lo zucchero nel sangue è bassa e glucagone eleva cAMP, PFK2 viene fosforilata da proteina chinasi A . La fosforilazione inattiva PFK2 e un altro dominio su questa proteina diventa attivo come fruttosio bisfosfatasi-2 , che riconverte F2,6BP in F6P. Sia il glucagone che l' adrenalina causano alti livelli di cAMP nel fegato. Il risultato di livelli più bassi di fruttosio-2,6-bisfosfato epatico è una diminuzione dell'attività della fosfofruttochinasi e un aumento dell'attività della fruttosio 1,6-bisfosfatasi , per cui viene favorita la gluconeogenesi (in sostanza, "glicolisi inversa"). Ciò è coerente con il ruolo del fegato in tali situazioni, poiché la risposta del fegato a questi ormoni è di rilasciare glucosio nel sangue.
L'ATP compete con l' AMP per il sito effettore allosterico sull'enzima PFK. Le concentrazioni di ATP nelle cellule sono molto più alte di quelle di AMP, tipicamente 100 volte più alte, ma la concentrazione di ATP non cambia più del 10% circa in condizioni fisiologiche, mentre un calo del 10% di ATP si traduce in un aumento di 6 volte AMP. Pertanto, la rilevanza dell'ATP come effettore allosterico è discutibile. Un aumento dell'AMP è una conseguenza di una diminuzione della carica energetica nella cellula.
Il citrato inibisce la fosfofruttochinasi quando testato in vitro potenziando l'effetto inibitorio dell'ATP. Tuttavia, è dubbio che questo sia un effetto significativo in vivo , perché il citrato nel citosol è utilizzato principalmente per la conversione in acetil-CoA per la sintesi di acidi grassi e colesterolo .
TIGAR , un enzima indotto da p53, è responsabile della regolazione della fosfofruttochinasi e agisce per proteggere dallo stress ossidativo. TIGAR è un singolo enzima con doppia funzione che regola F2,6BP. Può comportarsi come una fosfatasi (fruttosio-2,6-bisfosfatasi) che scinde il fosfato al carbonio-2 producendo F6P. Può anche comportarsi come una chinasi (PFK2) aggiungendo un fosfato al carbonio-2 di F6P che produce F2,6BP. Nell'uomo, la proteina TIGAR è codificata dal gene C12orf5 . L'enzima TIGAR ostacolerà la progressione in avanti della glicolisi, creando un accumulo di fruttosio-6-fosfato (F6P) che viene isomerizzato in glucosio-6-fosfato (G6P). L'accumulo di G6P sposterà i carboni nella via dei pentoso fosfati.
piruvato chinasi
L'enzima piruvato chinasi catalizza l'ultimo passaggio della glicolisi, in cui si formano piruvato e ATP. La piruvato chinasi catalizza il trasferimento di un gruppo fosfato dal fosfoenolpiruvato (PEP) all'ADP , producendo una molecola di piruvato e una molecola di ATP .
Fegato piruvato chinasi è indirettamente regolato da adrenalina e glucagone , attraverso proteina chinasi A . Questa proteina chinasi fosforila la piruvato chinasi epatica per disattivarla. La piruvato chinasi muscolare non è inibita dall'attivazione dell'adrenalina della proteina chinasi A. Il glucagone segnala il digiuno (nessun glucosio disponibile). Pertanto, la glicolisi è inibita nel fegato ma non viene influenzata nei muscoli durante il digiuno. Un aumento della glicemia porta alla secrezione di insulina , che attiva la fosfoproteina fosfatasi I, portando alla defosforilazione e all'attivazione della piruvato chinasi. Questi controlli impediscono alla piruvato chinasi di essere attiva contemporaneamente agli enzimi che catalizzano la reazione inversa ( piruvato carbossilasi e fosfoenolpiruvato carbossichinasi ), impedendo un ciclo inutile .
Processi post-glicolisi
Il processo generale della glicolisi è:
- Glucosio + 2 NAD + + 2 ADP + 2 P i → 2 piruvato + 2 NADH + 2 H + + 2 ATP
Se la glicolisi dovesse continuare indefinitamente, tutto il NAD + verrebbe utilizzato e la glicolisi si fermerebbe. Per consentire la continuazione della glicolisi, gli organismi devono essere in grado di ossidare il NADH di nuovo in NAD + . Il modo in cui ciò viene eseguito dipende da quale accettore di elettroni esterno è disponibile.
Rigenerazione anossica di NAD +
Un metodo per farlo è semplicemente fare in modo che il piruvato esegua l'ossidazione; in questo processo, il piruvato viene convertito in lattato (la base coniugata dell'acido lattico) in un processo chiamato fermentazione dell'acido lattico :
- Piruvato + NADH + H + → lattato + NAD +
Questo processo avviene nei batteri coinvolti nella produzione dello yogurt (l'acido lattico fa cagliare il latte). Questo processo si verifica anche negli animali in condizioni ipossiche (o parzialmente anaerobiche), riscontrate, ad esempio, nei muscoli sovraccarichi e affamati di ossigeno. In molti tessuti, questa è l'ultima risorsa cellulare per l'energia; la maggior parte dei tessuti animali non può tollerare condizioni anaerobiche per un lungo periodo di tempo.
Alcuni organismi, come il lievito, riconvertono il NADH in NAD + in un processo chiamato fermentazione dell'etanolo . In questo processo, il piruvato viene convertito prima in acetaldeide e anidride carbonica, quindi in etanolo.
La fermentazione dell'acido lattico e la fermentazione dell'etanolo possono avvenire in assenza di ossigeno. Questa fermentazione anaerobica consente a molti organismi unicellulari di utilizzare la glicolisi come unica fonte di energia.
La rigenerazione anossica di NAD + è solo un mezzo efficace di produzione di energia durante un esercizio breve e intenso nei vertebrati, per un periodo che va da 10 secondi a 2 minuti durante uno sforzo massimo nell'uomo. (A intensità di esercizio inferiori può sostenere l'attività muscolare negli animali subacquei , come foche, balene e altri vertebrati acquatici, per periodi di tempo molto più lunghi.) In queste condizioni il NAD + viene reintegrato dal NADH che dona i suoi elettroni al piruvato per formare lattato . Questo produce 2 molecole di ATP per molecola di glucosio, o circa il 5% del potenziale energetico del glucosio (38 molecole di ATP nei batteri). Ma la velocità con cui l'ATP viene prodotto in questo modo è circa 100 volte quella della fosforilazione ossidativa. Il pH nel citoplasma scende rapidamente quando gli ioni idrogeno si accumulano nel muscolo, inibendo infine gli enzimi coinvolti nella glicolisi.
La sensazione di bruciore nei muscoli durante un duro esercizio può essere attribuita al rilascio di ioni idrogeno durante il passaggio alla fermentazione del glucosio dall'ossidazione del glucosio all'anidride carbonica e all'acqua, quando il metabolismo aerobico non riesce più a tenere il passo con le richieste energetiche dei muscoli. Questi ioni idrogeno formano una parte dell'acido lattico. Il corpo ricorre a questo metodo meno efficiente ma più veloce di produrre ATP in condizioni di basso contenuto di ossigeno. Si pensa che questo sia stato il mezzo principale di produzione di energia negli organismi precedenti prima che l'ossigeno raggiungesse alte concentrazioni nell'atmosfera tra 2000 e 2500 milioni di anni fa, e quindi rappresenterebbe una forma più antica di produzione di energia rispetto al rifornimento aerobico di NAD + in cellule.
Il fegato dei mammiferi elimina questo lattato in eccesso ritrasformandolo in piruvato in condizioni aerobiche; vedi ciclo di Cori .
La fermentazione del piruvato in lattato è talvolta chiamata anche "glicolisi anaerobica", tuttavia, la glicolisi termina con la produzione di piruvato indipendentemente dalla presenza o assenza di ossigeno.
Nei due esempi precedenti di fermentazione, l'NADH viene ossidato trasferendo due elettroni al piruvato. Tuttavia, i batteri anaerobici utilizzano un'ampia varietà di composti come accettori terminali di elettroni nella respirazione cellulare : composti azotati, come nitrati e nitriti; composti di zolfo, come solfati, solfiti, anidride solforosa e zolfo elementare; diossido di carbonio; composti di ferro; composti di manganese; composti di cobalto; e composti di uranio.
Rigenerazione aerobica di NAD + e smaltimento del piruvato
Negli organismi aerobici è stato sviluppato un meccanismo complesso per utilizzare l'ossigeno nell'aria come accettore finale di elettroni.
- Innanzitutto, il NADH + H + generato dalla glicolisi deve essere trasferito al mitocondrio per essere ossidato, e quindi per rigenerare il NAD + necessario affinché la glicolisi continui. Tuttavia la membrana mitocondriale interna è impermeabile a NADH e NAD + . Si utilizzano quindi due “navette” per trasportare gli elettroni dal NADH attraverso la membrana mitocondriale. Sono la navetta malato-aspartato e la navetta glicerolo fosfato . Nel primo gli elettroni del NADH vengono trasferiti all'ossalacetato citosolico per formare il malato . Il malato quindi attraversa la membrana mitocondriale interna nella matrice mitocondriale, dove viene riossidato da NAD + formando ossalacetato intramitocondriale e NADH. L'ossalacetato viene quindi riciclato al citosol tramite la sua conversione in aspartato che viene facilmente trasportato fuori dal mitocondrio. Nella navetta di glicerolo fosfato gli elettroni dal NADH citosolico vengono trasferiti al diidrossiacetone per formare il glicerolo-3-fosfato che attraversa facilmente la membrana mitocondriale esterna. Il glicerolo-3-fosfato viene quindi riossidato a diidrossiacetone, donando i suoi elettroni al FAD invece che al NAD + . Questa reazione avviene sulla membrana mitocondriale interna, consentendo a FADH 2 di donare i suoi elettroni direttamente al coenzima Q ( ubichinone ) che fa parte della catena di trasporto degli elettroni che alla fine trasferisce gli elettroni all'ossigeno molecolare (O 2 ), con la formazione di acqua, e il rilascio di energia eventualmente catturata sotto forma di ATP .
- Il glicolitico prodotto finale, piruvato (più NAD + ) viene convertito in acetil-CoA , CO 2 e NADH + H + all'interno dei mitocondri in un processo chiamato decarbossilazione piruvato .
- L'acetil-CoA risultante entra nel ciclo dell'acido citrico (o ciclo di Krebs), dove il gruppo acetile dell'acetil-CoA viene convertito in anidride carbonica da due reazioni di decarbossilazione con formazione di ancora più NADH + H + intra-mitocondriale .
- Il NADH + H + intra-mitocondriale viene ossidato a NAD + dalla catena di trasporto degli elettroni , utilizzando l'ossigeno come accettore finale di elettroni per formare acqua. L'energia rilasciata durante questo processo viene utilizzata per creare un gradiente di ioni idrogeno (o protone) attraverso la membrana interna del mitocondrio.
- Infine, il gradiente protonico viene utilizzato per produrre circa 2,5 ATP per ogni NADH+H + ossidato in un processo chiamato fosforilazione ossidativa .
Conversione dei carboidrati in acidi grassi e colesterolo
Il piruvato prodotto dalla glicolisi è un importante intermediario nella conversione dei carboidrati in acidi grassi e colesterolo . Ciò avviene attraverso la conversione del piruvato in acetil-CoA nel mitocondrio . Tuttavia, questo acetil CoA deve essere trasportato nel citosol dove avviene la sintesi di acidi grassi e colesterolo. Ciò non può avvenire direttamente. Per ottenere acetil-CoA citosolico, il citrato (prodotto dalla condensazione di acetil CoA con ossalacetato ) viene rimosso dal ciclo dell'acido citrico e trasportato attraverso la membrana mitocondriale interna nel citosol . Lì viene scisso dall'ATP citrato liasi in acetil-CoA e ossalacetato. L'ossalacetato viene restituito al mitocondrio come malato (e quindi nuovamente nell'ossalacetato per trasferire più acetil-CoA fuori dal mitocondrio). L'acetil-CoA citosolico può essere carbossilato dall'acetil-CoA carbossilasi in malonil CoA , il primo passaggio impegnato nella sintesi degli acidi grassi , oppure può essere combinato con acetoacetil-CoA per formare 3-idrossi-3-metilglutaril-CoA ( HMG -CoA ) che è il fattore limitante che controlla la sintesi del colesterolo . Colesterolo può essere usato così com'è, come componente strutturale delle membrane cellulari, o può essere usato per sintetizzare gli ormoni steroidei , sali biliari e vitamina D .
Conversione del piruvato in ossalacetato per il ciclo dell'acido citrico
Molecole piruvato prodotti dalla glicolisi sono attivamente trasportati attraverso la interna mitocondriale membrana, e nella matrice dove possono sia essere ossidati e combinate con coenzima A per formare CO 2 , acetil-CoA e NADH, oppure possono essere carbossilata (da carbossilasi piruvato ) per formare ossalacetato . Quest'ultima reazione "riempie" la quantità di ossalacetato nel ciclo dell'acido citrico, ed è quindi una reazione anaplerotica (dal greco "riempire"), aumentando la capacità del ciclo di metabolizzare l'acetil-CoA quando l'energia del tessuto ha bisogno ( ad esempio nel cuore e nel muscolo scheletrico ) sono improvvisamente aumentati dall'attività. Nel ciclo dell'acido citrico tutti gli intermedi (es. citrato, iso-citrato, alfa-chetoglutarato, succinato, fumarato, malato e ossalacetato) vengono rigenerati ad ogni giro del ciclo. Aggiungere più di uno qualsiasi di questi intermedi al mitocondrio significa quindi che quella quantità aggiuntiva viene trattenuta all'interno del ciclo, aumentando tutti gli altri intermedi man mano che uno viene convertito nell'altro. Quindi l'aggiunta di ossalacetato aumenta notevolmente le quantità di tutti gli intermedi dell'acido citrico, aumentando così la capacità del ciclo di metabolizzare l'acetil CoA, convertendo il suo componente acetato in CO 2 e acqua, con il rilascio di energia sufficiente per formare 11 ATP e 1 molecola di GTP per ogni molecola aggiuntiva di acetil CoA che si combina con ossalacetato nel ciclo.
Per rimuovere catapleroticamente l'ossalacetato dal ciclo citrico, il malato può essere trasportato dal mitocondrio nel citoplasma, diminuendo la quantità di ossalacetato che può essere rigenerato. Inoltre, gli intermedi dell'acido citrico vengono costantemente utilizzati per formare una varietà di sostanze come le purine, le pirimidine e le porfirine .
Intermedi per altri percorsi
Questo articolo si concentra sul ruolo catabolico della glicolisi per quanto riguarda la conversione dell'energia chimica potenziale in energia chimica utilizzabile durante l'ossidazione del glucosio a piruvato. Molti dei metaboliti nella via glicolitica sono utilizzati anche dalle vie anaboliche e, di conseguenza, il flusso attraverso la via è fondamentale per mantenere una scorta di scheletri di carbonio per la biosintesi.
Le seguenti vie metaboliche dipendono tutte fortemente dalla glicolisi come fonte di metaboliti: e molte altre.
- La via del pentoso fosfato , che inizia con la deidrogenazione del glucosio-6-fosfato , il primo intermedio ad essere prodotto dalla glicolisi, produce vari zuccheri pentoso, e NADPH per la sintesi di acidi grassi e colesterolo .
- La sintesi del glicogeno inizia anche con il glucosio-6-fosfato all'inizio della via glicolitica.
- Il glicerolo , per la formazione di trigliceridi e fosfolipidi , è prodotto dall'intermedio glicolitico gliceraldeide-3-fosfato .
- Varie vie post-glicolitiche:
-
- Sintesi degli acidi grassi
- Sintesi del colesterolo
- Il ciclo dell'acido citrico che a sua volta porta a:
Sebbene la gluconeogenesi e la glicolisi condividano molti intermedi, l'uno non è funzionalmente un ramo o un affluente dell'altro. Ci sono due passaggi regolatori in entrambi i percorsi che, quando attivi in un percorso, sono automaticamente inattivi nell'altro. I due processi non possono quindi essere attivi contemporaneamente. Infatti, se entrambe le serie di reazioni fossero altamente attive contemporaneamente, il risultato netto sarebbe l'idrolisi di quattro legami fosfato ad alta energia (due ATP e due GTP) per ciclo di reazione.
Il NAD + è l'agente ossidante nella glicolisi, così come nella maggior parte delle altre reazioni metaboliche che producono energia (es. beta-ossidazione degli acidi grassi e durante il ciclo dell'acido citrico ). Il NADH così prodotto viene utilizzato principalmente per trasferire gli elettroni all'O 2 per produrre acqua o, quando l'O 2 non è disponibile, per produrre composti come il lattato o l' etanolo (vedi sopra Rigenerazione anossica di NAD + ). Il NADH è usato raramente per i processi sintetici, la notevole eccezione è la gluconeogenesi . Durante la sintesi degli acidi grassi e del colesterolo l'agente riducente è il NADPH . Questa differenza esemplifica un principio generale secondo cui il NADPH viene consumato durante le reazioni biosintetiche, mentre il NADH viene generato nelle reazioni che producono energia. La fonte del NADPH è duplice. Quando il malato viene decarbossilato ossidativamente dal piruvato "enzima malico legato al NADP + " , si formano CO 2 e NADPH. Il NADPH è formato anche dalla via del pentoso fosfato che converte il glucosio in ribosio, che può essere utilizzato nella sintesi di nucleotidi e acidi nucleici , oppure può essere catabolizzato a piruvato.
Glicolisi nella malattia
Diabete
L'assorbimento cellulare del glucosio avviene in risposta ai segnali dell'insulina e il glucosio viene successivamente scomposto attraverso la glicolisi, abbassando i livelli di zucchero nel sangue. Tuttavia, i bassi livelli di insulina osservati nel diabete provocano iperglicemia, in cui i livelli di glucosio nel sangue aumentano e il glucosio non viene assorbito correttamente dalle cellule. Gli epatociti contribuiscono ulteriormente a questa iperglicemia attraverso la gluconeogenesi . La glicolisi negli epatociti controlla la produzione epatica di glucosio e quando il glucosio viene prodotto in eccesso dal fegato senza avere i mezzi per essere scomposto dal corpo, si verifica l'iperglicemia.
Malattie genetiche
Le mutazioni glicolitiche sono generalmente rare a causa dell'importanza della via metabolica, ciò significa che la maggior parte delle mutazioni che si verificano provocano l'incapacità della cellula di respirare e quindi causano la morte della cellula in una fase precoce. Tuttavia, alcune mutazioni sono state osservate con un esempio notevole che è il deficit di piruvato chinasi , che porta all'anemia emolitica cronica.
Cancro
Le cellule tumorali maligne eseguono la glicolisi a una velocità dieci volte più veloce rispetto alle loro controparti tissutali non cancerose. Durante la loro genesi, un supporto capillare limitato spesso provoca ipossia (riduzione dell'apporto di O2) all'interno delle cellule tumorali. Pertanto, queste cellule si basano su processi metabolici anaerobici come la glicolisi per l'ATP (adenosina trifosfato). Alcune cellule tumorali sovraesprimono enzimi glicolitici specifici che determinano tassi più elevati di glicolisi. Spesso questi enzimi sono isoenzimi, degli enzimi della glicolisi tradizionali, che variano nella loro suscettibilità alla tradizionale inibizione del feedback. L'aumento dell'attività glicolitica alla fine contrasta gli effetti dell'ipossia generando ATP sufficiente da questa via anaerobica. Questo fenomeno è stato descritto per la prima volta nel 1930 da Otto Warburg e viene chiamato effetto Warburg . L' ipotesi di Warburg sostiene che il cancro sia causato principalmente da disfunzioni nel metabolismo mitocondriale, piuttosto che a causa della crescita incontrollata delle cellule. Sono state avanzate numerose teorie per spiegare l'effetto Warburg. Una di queste teorie suggerisce che l'aumento della glicolisi è un normale processo protettivo del corpo e che il cambiamento maligno potrebbe essere causato principalmente dal metabolismo energetico.
Questo elevato tasso di glicolisi ha importanti applicazioni mediche, l'elevata glicolisi aerobica di tumori maligni è utilizzato clinicamente per diagnosticare e monitorare risposte terapeutiche di tumori di immagini assorbimento di 2- 18 F-2-deossiglucosio (FDG) (a radioattivi esochinasi modificato substrato ) con tomografia ad emissione di positroni (PET).
Sono in corso ricerche per influenzare il metabolismo mitocondriale e curare il cancro riducendo la glicolisi e quindi affamando le cellule cancerose in vari nuovi modi, inclusa una dieta chetogenica .
Mappa interattiva dei percorsi
Il diagramma seguente mostra i nomi delle proteine umane. I nomi in altri organismi possono essere diversi ed è probabile che anche il numero di isoenzimi (come HK1, HK2, ...) sia diverso.
Fare clic su geni, proteine e metaboliti di seguito per collegarsi ai rispettivi articoli.
nomenclatura alternativa
Alcuni dei metaboliti nella glicolisi hanno nomi e nomenclature alternativi. In parte, questo è dovuto al fatto che alcuni di essi sono comuni ad altri percorsi, come il ciclo di Calvin .
| Questo articolo | Alternativa | |||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Glucosio | Glc | Destrosio | |
| 2 | Glucosio-6-fosfato | G6P | ||
| 3 | Fruttosio-6-fosfato | F6P | ||
| 4 | Fruttosio-1,6-bisfosfato | F1,6BP | Fruttosio 1,6-difosfato | FBP; FDP; F1,6DP |
| 5 | Diidrossiacetone fosfato | DHAP | Glicerone fosfato | |
| 6 | Gliceraldeide-3-fosfato | GADP | 3-fosfogliceraldeide | PGAL; G3P; GALP; SPACCO; TP |
| 7 | 1,3-Bifosfoglicerato | 1,3BPG | Glicerato-1,3-bisfosfato, glicerato-1,3-difosfato, 1,3-difosfoglicerato |
PGAP; BPG; DPG |
| 8 | 3-fosfoglicerato | 3PG | Glicerato-3-fosfato | PGA; GP |
| 9 | 2-fosfoglicerato | 2PG | Glicerato-2-fosfato | |
| 10 | fosfoenolpiruvato | PEP | ||
| 11 | piruvato | Pyr | Acido piruvico | |
Struttura dei componenti della glicolisi nelle proiezioni di Fischer e nel modello poligonale
Gli intermedi della glicolisi rappresentati nelle proiezioni di Fischer mostrano il cambiamento chimico passo dopo passo. Tale immagine può essere paragonata alla rappresentazione del modello poligonale. Un altro confronto tra le proiezioni di Fischer e il modello poligonale nella glicolisi è mostrato in un video. Le animazioni video nello stesso canale in YouTube possono essere viste per un'altra via metabolica (ciclo di Krebs) e la rappresentazione e l'applicazione del modello poligonale in chimica organica
Guarda anche
- Catabolismo dei carboidrati
- Ciclo dell'acido citrico
- ciclo di Cori
- Fermentazione (biochimica)
- gluconeogenesi
- Oscillazione glicolitica
- Via del pentoso fosfato
- Decarbossilazione del piruvato
- Trioso chinasi
Riferimenti
link esterno
- Un'animazione di glicolisi dettagliata fornita da IUBMB ( Adobe Flash richiesto)
- Gli enzimi glicolitici nella glicolisi a RCSB PDB
- Ciclo glicolitico con animazioni su wdv.com
- Metabolismo, respirazione cellulare e fotosintesi - La biblioteca virtuale di biochimica, biologia molecolare e biologia cellulare
- La logica chimica dietro la glicolisi su ufp.pt
- Poster sui percorsi biochimici di Expasy presso ExPASy
- Medical Mnemonics .com : 317 5468
- metpath : rappresentazione interattiva della glicolisi
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Risorse della biblioteca sulla glicolisi |