Catabolismo delle sostanze nutrienti Acidi grassi Amminoacidi glucosio Glicolisi e- Esso può essere diviso in tre fasi piruvato Complesso della piruvato deidrogenasi e- e- CO2 Acetil-CoA e- Fase 1: Produzione di Acetil-CoA Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA Ossalacetato Citrato Ciclo edell’acido ecitrico eCO2 Fase 3: Trasferimento degli elettroni e fosforilazione ossidativa e- NADH FADH2 (trasportatori Ridotti di e-) e- 2H+ + 1/2O2 Catena respiratoria (trasferimento degli Elettroni) ADP + Pi CO2 ATP H2 O 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 Glucosio Glicolisi (10 reazioni successive) Condizioni anaerobiche 2 Etanolo + 2 CO2 2 Puruvato 2 Lattato O2 Fermentazione Alcolica Nel lievito Condizioni anaerobiche CO2 2 Acetil-CoA O2 Ciclo dell’acido citrico 4 CO2 + 4 H2O Fermentazione a lattato nel muscolo in attività, negli eritrociti e in alcuni microrganismi La glicolisi è divisa in due fasi Glucosio 1 Fase Preparatoria (-ATP) Piruvato Fase di recupero Glucosio-6-fosfato 10 (+2 ATP) 2 Fosfoenolpiruvato Fruttosio-6-fosfato 9 3 (-ATP) 2-fosfoglicerato Fruttosio-1,6-bisfosfato 8 4 Gliceraldeide-3-fosfato 5 Diidrossiacetone-3-fosfato 6 (-2 NAD+) 3-fosfoglicerato 7 (+2 ATP) 1,3-bisfosfoglicerato Prima tappa Fosforilazione del glucosio ATP HO CH2 O H H OH H H OH HO H OH Glucosio ADP Mg2+ Esochinasi O O P O CH2 O O H H OH H H OH HO H OH Glucosio-6-fosfato DG°’= -16,7 kJ/mole Seconda tappa Conversione del glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato O O P O CH2 O O O H H OH H H O P O CH2 O O H OH HO Mg2+ OH Glucosio-6-fosfato Fosfoesosio isomerasi H CH2 OH HO OH H OH H Fruttosio-6-fosfato DG°’= 1,7 kJ/mole Terza tappa Fosforilazine del fruttosio-6-fosfato a fruttosio-1,6-bisfosfato ATP O O P O CH2 O O H CH2 OH O ADP O P O CH2 O Mg2+ O HO OH H Fruttosio-6-fosfato H CH2 O P O Fosfofruttochinasi-1 O HO OH H OH H O OH H Fruttosio-1,6-bisfosfato DG°’= -14,2 kJ/mole Quarta tappa Rottura del fruttosio-1,6-bisfosfato O O O P O CH2 O O H CH2 O P O O HO OH H Aldolasi Fruttosio-1,6-bisfosfato O O P O CH2 O OH H O + O C CH2 O P O HC OH O O CH HO CH2 Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide3-fosfato DG°’= 23,8 kJ/mole Quinta tappa Interconversione dei triosi fosfati O O O P O CH2 O CH2 O P O O C HO CH2 Diidrossiacetone fosfato HC OH Trioso fosfato isomerasi O O CH Gliceraldeide3-fosfato DG°’= 7,5 kJ/mole Sesta tappa Ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato NAD+ NADH + H+ O CH2 O P O CH2 O P O HC OH O CH O O O O P OH O Gliceraldeide3-fosfato Gliceraldeide-3Fosfato deidrogenasi HC OH O O C O O P O O 1,3-bisfosfoglicerato DG°’= 6,3 kJ/mole Settima tappa Trasferimento del gruppo fosforico all’ADP O CH2 O P O HC OH O O C O O P O O 1,3-bisfosfoglicerato ADP ATP Mg2+ O CH2 O P O HC OH Fosfoglicerato chinasi O O C O 3-fosfoglicerato DG°’= -18,8 kJ/mole Ottava tappa Conversione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato O CH2 O P O HC OH O O C O 3-fosfoglicerato Mg2+ Fosfoglicerato mutasi HO CH2 H C O O P O O O C O 2-fosfoglicerato DG°’= 4,4 kJ/mole Nona tappa Deidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato H2O HO CH2 H C O O CH2 O P O C O P O O O C O 2-fosfoglicerato Enolasi O O C O Fosfoenolpiruvato DG°’= 7,5 kJ/mole Decima tappa Trasferimento del fosfato all’ADP ATP ADP CH2 O C O P O O O C O Fosfoenolpiruvato Mg2+, K+ Piruvato chinasi CH3 C O O C O Piruvato DG°’= -31,4 kJ/mole Bilancio complessivo della glicolisi in condizioni aerobiche 2 ADP + Pi 2 NAD+ HO CH2 O H H OH 2 NADH + H+ CH3 H C O H OH HO 2 ATP 2 O C O H OH Glucosio Piruvato In condizioni anaerobiche il NAD+ viene rigenerato NADH + H+ NAD+ O O O C O C C O CH3 H C OH Lattato deidrogenasi Piruvato Fermentazione lattacida CH3 Lattato DG°’= -25,1 kJ/mole Bilancio complessivo della glicolisi in condizioni anaerobiche 2 ADP + Pi HO CH2 O H H OH H OH H H OH HO 2 ATP OH Glucosio O C 2 H C OH CH3 Lattato Nella fermentazione alcolica il piruvato viene convertito in etanolo con due reazioni CO2 O O C C O CH3 Piruvato H O C TPP, C Mg2+ CH3 Piruvato decarbossilasi NADH + H+ H O NAD+ Acetaldeide OH CH2 CH3 CH3 Acetaldeide Etanolo Alcol deidrogenasi Regolazione del catabolismo dei carboidrati Glucosio 1 Piruvato (l’esochinasi è inibita dal suo prodotto) (la piruvato chinasi è inibita dall’ATP) Glucosio-6-fosfato 10 2 Fosfoenolpiruvato Fruttosio-6-fosfato 9 3 (la fosfofruttochinasi è inibita da ATP e citrato ed è attivata da AMP, ADP e fruttosio-2,6-bisfosfato) 2-fosfoglicerato Fruttosio-1,6-bisfosfato 8 4 Gliceraldeide-3-fosfato 5 Diidrossiacetone-3-fosfato 6 3-fosfoglicerato 7 1,3-bisfosfoglicerato Catabolismo delle sostanze nutrienti Acidi grassi Amminoacidi glucosio Glicolisi e- Esso può essere diviso in tre fasi piruvato Complesso della piruvato deidrogenasi e- e- CO2 Acetil-CoA e- Fase 1: Produzione di Acetil-CoA Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA Ossalacetato Citrato Ciclo edell’acido ecitrico eCO2 Fase 3: Trasferimento degli elettroni e fosforilazione ossidativa e- NADH FADH2 (trasportatori Ridotti di e-) e- 2H+ + 1/2O2 Catena respiratoria (trasferimento degli Elettroni) ADP + Pi CO2 ATP H2 O 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 CO2 NAD+ NADH CoA-SH O C + TPP,lipoato, O S-CoA C O FAD C CH3 Complesso della CH3 Piruvato Deidrogenasi Piruvato (E1, E2, E3) Acetil-CoA O DG°’= -33,4 kJ/mole Complesso della piruvato deidrogenasi O E1: Piruvato deidrogenasi 24 x 96.000 O C Piruvato C O OH | CH3-C-H CH3 E2: diidrolipoil transacetilasi 24 x 70.000 S S S E3: diidrolipoil deidrogenasi 12 x 56.000 E2 E3 FAD NADH + TPP 1 TPP E1 Lipoillisina ossidata CO2 S FAD E2 E1 E3 H+ TPP S E1 E2 HS CH3 C S NAD+ O 2 5 FADH2 HS E3 Lipoillisina ridotta HS TPP S E1 3 4 TPP E1 E2 FAD E2 E3 CoA-SH O E3 FAD CH3 C CoA Reazioni del ciclo dell’acido citrico Acetil-CoA 1 Citrato Ossalacetato 2 Isocitrato NADH 3 8 CO2 Malato a-chetoglutarato 7 CO2 Fumarato 6 FADH2 NADH 4 5 Succinil-CoA Succinato GTP (ATP) NADH Prima tappa Condensazione dell’acetil-CoA con l’ossalacetato H2O CoA-SH O O CH3 C S-CoA Acetil-CoA H2C C O C CO O CH2 CO O Ossalacetato Citrato sintasi O HO C CO O CH2 CO O Citrato DG°’= -32,2 kJ/mole Seconda tappa Formazione dell’isocitrato attraverso il cis-aconitato O H2C C O O H2O HO C CO O H C H CO O H2C C O O H2C C H2O C CO O Aconitasi C H CO O Citrato Aconitato O H C CO O Aconitasi HO C H CO O Isocitrato DG°’= -13,3 kJ/mole Terza tappa Ossidazione dell’isocitrato ad a-chetoglutarato O H2C C NAD+ NADH + H+ H2C CO O O CH2 H C CO O H O C H CO O Isocitrato Isocitrato deidrogenasi + CO2 O C CO O a-chetoglutarato DG°’= -20,9 kJ/mole Quarta tappa Ossidazione del a-chetoglutarato a succinil-CoA CoA-SH NAD+ NADH + H+ H2C CO O H2C CO O CH2 CH2 O C CO O a-chetoglutarato O C Complesso dell’a-chetoglutarato deidrogenasi + CO2 S-CoA Succinil-CoA DG°’= -33,5 kJ/mole Quinta tappa Conversione del a succinil-CoA a succinato H2C CO O GDP + Pi GTP CoA-SH C CH2 CH2 O C S-CoA Succinil-CoA O O CH2 Succinil-CoA sintetasi C O O Succinato DG°’= -2,9 kJ/mole Sesta tappa Ossidazione del succinato a fumarato FAD O O O O C C CH2 CH CH2 CH C O FADH2 O Succinato Succinato deidrogenasi C O O Fumarato DG°’= 0 kJ/mole Settima tappa Idratazione del fumarato per produrre malato O O H2O C CH HO CH CH HC H Fumarasi C O O O C O Fumarato C O O Malato DG°’= -3,8 kJ/mole Ottava tappa Ossidazione del malato a ossalacetato O O NAD+ NADH + H+ C C HO C H O C CH2 C O O O O Malato CH2 Malato deidrogenasi C O O Ossalacetato DG°’= 29,7 kJ/mole L’energia liberata dalle ossidazioni viene conservata nel ciclo Numero di molecole di ATP o di coenzima ridotto formate reazione Numero di molecole di ATP formate complessivamente Glucosio glucosio-6-fosfato - 1 ATP -1 Fruttosio-6-fosfato fruttosio-1,6-bisfosfato - 1 ATP -1 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 ATP 2 2 Piruvato 2 acetil-CoA 2 NADH 5 2 Isocitrato 2 a-chetoglutarato 2 NADH 5 2 a-chetoglutarato 2 succinil-CoA 2 NADH 5 2 ATP (o2 GTP) 2 2 succinato 2 fumarato 2 FADH2 3 2 Malato 2 ossalacetato 2 NADH 5 2 succinil-CoA 2 succinato totale 32 Regolazione del ciclo dell’acido citrico ATP, acetil-CoA, NADH, acidi grassi AMP, CoA, NAD+, Ca2+ Piruvato deidrogenasi Piruvato Acetil-CoA NADH, succinil-CoA, citrato, ATP 1 ADP Citrato Ossalacetato 2 Isocitrato NADH 3 ATP 8 NADH Malato Ca2+,ADP a-chetoglutarato 7 4 Succinil-CoA, NADH Fumarato 6 FADH2 5 Succinil-CoA Succinato GTP (ATP) NADH Ca2+