Corso di Laurea in Farmacia
Insegnamento di
BIOCHIMICA
Angela Chambery
Lezione 25
Una panoramica della glicolisi
Concetti chiave:
• La glicolisi consiste nella degradazione del glucosio a piruvato e utilizza, al contempo,
l’energia rilasciata dal processo per sintetizzare ATP a partire da ADP + Pi.
• La sequenza di 10 reazioni della glicolisi è suddivisa in due fasi: un investimento iniziale di
energia a cui fa seguito un recupero di energia.
Una panoramica della glicolisi
La glicolisi consiste in una sequenza di reazioni che metabolizzano una molecola di glucosio a due
molecole di piruvato con la concomitante produzione di ATP. Il processo è anaerobico. Il piruvato
può essere ulteriormente metabolizzato anaerobicamente a lattato o etanolo oppure può essere
completamente ossidato a CO2.
Una panoramica della glicolisi
La glicolisi fu scoperta per caso da Hans ed Eduard Buchner. Nella preparazione di estratti
acellulari per usi terapeutici fu infatti utilizzato saccarosio, comunemente utilizzato nella
conservazione degli alimenti, come antisettico.
Il saccarosio venne rapidamente fermentato ad alcol dall’estratto di lievito dimostrando per la
prima volta che la fermentazione poteva avvenire al di fuori delle cellule viventi!
Una panoramica della glicolisi
A quel tempo si condivideva la teoria di Pasteur secondo la quale la fermentazione fosse legata
esclusivamente alla presenza di cellule viventi. La scoperta dei Buchner rivoluzionò questo
dogma dimostrando, con la trasformazione del saccarosio in alcool, che lo studio del
metabolismo era diventato lo studio della chimica.
Una panoramica della glicolisi
I carboidrati della dieta, principalmente amido e glicogeno, vengono digeriti dall’α-amilasi
pancreatica e salivare che idrolizza i legami α-1,4 ma non quelli α-1,6 producendo i di- e
trisaccaridi maltosio e maltotriosio (destrina limite).
Polisaccaridi
Amilasi pancreatica
Amilasi salivare
Tratto gastrointestinale
Tri-e Disaccaridi
Monosaccaridi
Maltasi, α-glucosidasi, α-destrinasi, saccarasi e lattasi digeriscono la destrina limite sulla
superficie delle cellule intestinali a monosaccaridi che possono essere assorbiti entrando nel
circolo sanguigno.
Una panoramica della glicolisi
La glicolisi è presente in quasi tutti i tipi di cellule
sia procariotiche che eucariotiche.
Ha luogo nel citoplasma e può essere suddivisa
in due stadi.
La strategia dei passaggi iniziali (prima
fosforilazione,
isomerizzazione
e
seconda
fosforilazione) è di intrappolare il glucosio nella
cellula e formare un composto che sarà facilmente
scisso in unità tricarboniose fosforilate (stadio 1).
Nello stadio 2, durante l’ossidazione dei
frammenti carboniosi, che sono facilmente
interconvertibili, viene prodotto ATP.
Una panoramica della glicolisi
Tutti gli intermedi glicolitici sono fosforilati.
Gli intermedi fosforilati non possono uscire dalla cellula.
I composti fosforilati ad alta energia che si formano nel corso della glicolisi (1,3bisfosfoglicerato e fosfoenolpiruvato) donano i loro gruppi fosforici all’ADP e formano ATP.
Il gruppo fosforico favorisce il legame del substrato all’enzima.
Le reazioni della glicolisi
Concetti chiave:
• Le 10 tappe della glicolisi possono essere descritte in base ai loro substrati, prodotti e
meccanismi enzimatici.
• Gli enzimi glicolitici catalizzano reazioni di fosforilazione, di isomerizzazione, di scissione di
legami carbonio-carbonio e di deidratazione.
• L'ATP viene consumato nelle tappe 1 e 3, ma viene rigenerato nelle tappe 7 e 10; la resa
netta è di 2 molecole di ATP prodotte per ogni molecola di glucosio.
• Nella tappa 6 vengono prodotte 2 molecole di NADH per ogni molecola di glucosio.
Reazione 1: l'esochinasi utilizza la prima molecola di ATP
La prima reazione della glicolisi, catalizzata dall’esochinasi, prevede il trasferimento del gruppo
fosforico dell’ATP all’ossidrile legato al C6.
Fosforilazione mediata dal Mg2+
L’esochinasi, come molte altre chinasi, richiede Mg2+ (o altri ioni metallici bivalenti come Mn2+)
per essere attiva.
Lo ione magnesio neutralizza alcune cariche negative dell’ATP, riducendo le interazioni ioniche
aspecifiche tra l’enzima e il gruppo polifosforico del nucleotide
Lo ione magnesio mantiene il nucleotide in una conformazione ben definita che può essere
riconosciuta dall’enzima.
Fosforilazione mediata dal Mg2+
Lo ione magnesio fornisce ulteriori punti di interazione tra il complesso ATP-Mg2+ e l’enzima.
Enzima
Cambio conformazionale indotto dal substrato
Il glucosio induce un’ampia modificazione conformazionale dell’esochinasi. I due lobi si
avvicinano l’uno all’altro a seguito del legame del glucosio (adattamento indotto). La chiusura
della fessura indotta dal substrato è una caratteristica generale delle chinasi.
Cambio conformazionale indotto dal substrato
Le
modificazioni
conformazionali
indotte dal legame del substrato creano
un ambiente molto più apolare intorno al
glucosio il che favorisce la donazione del
gruppo fosforico terminale dell’ATP.
L’adattamento indotto assicura che si
formi una conformazione cataliticamente
attiva dell’enzima solo quando sono legati
sia il donatore che l’accettore del
fofosfato,
impedendo
trasferimenti
dispendiosi del gruppo fosforico all’acqua
(l’esochinasi funzionerebbe da ATPasi)
La chiusura della fessura mantiene le
molecole di acqua lontane dal sito attivo
Reazione 2: la fosfoglucosio isomerasi
La seconda reazione della glicolisi, catalizzata dalla fosfoglucosio isomerasi, prevede
l’isomerizzazione del glucosio-6-fosfato (un aldoso) a fruttosio-6-fosfato (un chetoso).
Meccanismo di reazione della fosfoglucosio isomerasi
L’enzima deve prima aprire l’anello del G6P, catalizzare l’isomerizzazione e richiudere l’anello a
formare il F6P.
Reazione 3: la fosfofruttochinasi utilizza la 2° molecola di ATP
La terza reazione della glicolisi, catalizzata dalla fosfofruttochinasi, prevede il trasferimento del
gruppo fosforico dell’ATP all’ossidrile legato al C1 del F6P a formare il fruttosio-1,6-bisfosfato.
Reazione 4: l'aldolasi converte il FBP in GAP e DHAP
La quarta reazione della glicolisi, catalizzata dall’aldolasi, prevede la scissione del fruttosio-1,6bisfosfato in gliceraldeide-3-fosfato (GAP) e diidrossiacetone fosfato (DHAP). L’enzima aldolasi è
così chiamato in base alla natura della reazione inversa (condensazione aldolica).
Meccanismo di reazione dell’aldolasi
Meccanismo di reazione dell’aldolasi
Meccanismo di reazione dell’aldolasi
Meccanismo di reazione dell’aldolasi
Meccanismo di reazione dell’aldolasi
Reazione 5: la trioso fosfato isomerasi (TIM)
La quinta reazione della glicolisi, catalizzata dalla trioso fosfato isomerasi, prevede
l’isomerizzazione del diidrossiacetone fosfato (un chetosio) in gliceraldeide-3-fosfato (un aldosio)
producendo due intermedi fosforilati interconvertibili a 3 atomi di C che saranno ossidati per
ottenere energia sottoforma di ATP.
Struttura della trioso fosfato isomerasi
La struttura della TIM è costituita da 8 filamenti β circondati da 8 α eliche (barile αβ). Nel barile
sono localizzati l’His 96 e il Glu 165 del sito attivo. L’ansa in rosso chiude il sito attivo in seguito al
legame con il substrato.
Meccanismo di reazione della TIM
Il Glu 165 sottrae un protone al C1 e lo cede al C2 (catalizzatore acido-base). L’His 95 facilita la
catalisi donando un protone che stabilizza la carica negativa che si sviluppa sul C carbonilico del
C2.
L'ansa flessibile della TIM si chiude sul sito attivo
L’ansa impedisce all’intermedio instabile enediolo di abbandonare l’enzima chiudendo il sito
attivo sino a quando l’isomerizzazione non è completata.
In tal modo viene evitata la reazione collaterale indesiderata che comporterebbe la
decomposizione dell’intermedio enediolo in metil gliossale (altamente reattivo) e ortofosfato,
reazione 100 volte più veloce della reazione di isomerizzazione.
La prima fase della glicolisi
La prima fase della glicolisi
I prodotti delle restanti
tappe della glicolisi sono
costituiti da unità a tre
atomi di carbonio anziché
da unità a sei atomi di
carbonio.
La prima fase della glicolisi
Gli atomi C1, C2 e C3 diventano indistinguibili
rispettivamente dagli atomi C4, C5 e C6.
Reazione 6: la GAPDH forma il 1° intermedio “ad alta energia”
La sesta reazione della glicolisi, catalizzata dalla gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi, prevede
l’ossidazione dell’aldeide ad acido carbossilico mediata dal NAD+ (termodinamicamente
favorevole) e la sua fosforilazione con ortofosfato (termodinamicamente sfavorevole) per
formare un acil fosfato, un anidride mista ad alto potenziale di trasferimento del gruppo
fosforico.
Se queste reazioni si svolgessero in successione la seconda avrebbe un’energia di attivazione
troppo alta per avvenire a velocità significativa. I due processi devono essere accoppiati.
Struttura della gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi
Il sito attivo include un residuo di cisteina e un residuo di istidina adiacenti a un NAD+ legato
all’enzima. L’atomo di zolfo della cisteina si lega al substrato per formare un intermedio
tioestere transitorio che conserva l’energia libera rilasciata dall’ossidazione.
L’intermedio tioestere permette che l’ossidazione della gliceraldeide sia accoppiata alla
fosforilazione del 3-fosfoglicerato.
Meccanismo di reazione della GAPDH
Meccanismo di reazione della GAPDH
Meccanismo di reazione della GAPDH
Meccanismo di reazione della GAPDH
Meccanismo di reazione della GAPDH
Meccanismo di reazione della GAPDH
Meccanismo di reazione della GAPDH
Diagrammi di energia libera
L’intermedio tioestere ha un’energia libera più alta di quella dell’acido carbossilico libero
permettendo a un processo favorevole di rendere possibile un processo sfavorevole.
Reazione non accoppiata
Reazione accoppiata
Reazione 7: la PGK produce la prima molecola di ATP
L’1,3-BPG è una molecola ad elevato potenziale di trasferimento del gruppo fosforico e può
essere utilizzato per la sintesi dell’ATP dall’ADP. La settima reazione della glicolisi, catalizzata
dalla fosfoglicerato chinasi, prevede il trasferimento del gruppo fosforico dall’1,3-BPG all’ADP
(fosforilazione a livello del substrato).
La struttura bilobata della PGK ricorda quella dell'esochinasi
Reazione 8: la PGM interconverte tra loro il 3PG e il 2PG
L’ottava reazione della glicolisi, catalizzata dalla fosfoglicerato mutasi, prevede la conversione
del 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato.
Meccanismo di reazione della PGM
L’enzima viene inizialmente fosforilato mediante trasferimento di un gruppo fosforico dal 2,3
BPG. Sono necessarie quantità catalitiche di 2,3-bisfosfoglicerato per mantenere un residuo di
istidina del sito attivo in forma fosforilata.
Meccanismo di reazione della PGM
Il gruppo fosforico è poi trasferito al 3-BPG per formare di nuovo il 2,3-BPG che si comporta da
cofattore e viene continuamente rigenerato dal ciclo stesso.
Effetti del BPG e della CO2 sulla curva di dissocciazione dell'O2 dell‘Hb
Solo negli eritrociti il 2,3 BPG è presente in alte concentrazioni (5 mM) e regola l’affinità
dell’emoglobina per l’ossigeno determinando una diminuzione dell’affinità dell’Hb per l’O2,
favorendo la forma deossigenata.
Reazione 9: l'enolasi forma il 2° intermedio ad alta energia
La nona reazione della glicolisi, catalizzata dall’enolasi, prevede la deidratazione del 2-PG per
formare l’enol fosfato fosfoenolpiruvato un composto con elevato potenziale di trasferimento
del gruppo fosforico.
Un estere fosforico di un alcol come il 2-PG ha un potenziale di trasferimento del gruppo
fosforico più basso.
Reazione 10: la PK produce la seconda molecola di ATP
La decima reazione della glicolisi, catalizzata dalla piruvato chinasi, prevede il trasferimento del
gruppo fosforico dal fosfoenolpiruvato all’ADP.
L'idrolisi del PEP
Il prodotto dell’idrolisi può esistere in due forme tautomeriche, mentre il reagente ha una sola
forma, la forma enolica. Il prodotto è più stabile del reagente.
La seconda fase della glicolisi
La seconda fase della glicolisi
I prodotti delle restanti
tappe della glicolisi sono
costituiti da unità a tre
atomi di carbonio anziché
da unità a sei atomi di
carbonio.
Panoramica della glicolisi
Resa energetica della glicolisi
Consumo e produzione di ATP nella glicolisi
Reazione
Numero di ATP
Glucosio → Glucosio 6-fosfato
-1
Fruttosio 6-fosfato → Fruttosio 1,6-bisfosfato
-1
2 x 1,3-bisfosfoglicerato → 2 x 3-fosfoglicerato
+2
2 x Fosfoenolpiruvato → 2 x piruvato
+2
Resa complessiva
+2
La reazione netta della trasformazione del glucosio in piruvato è:
Glucosio + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi → 2 Piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
La fermentazione: il destino anaerobico del piruvato
Concetti chiave:
• Il NADH, un substrato della GAPDH, deve essere riossidato per consentire alla glicolisi di
proseguire.
• Nel muscolo il piruvato viene ridotto a lattato per riossidare il NAD+.
• I lieviti decarbossilano il piruvato producendo CO2 ed etanolo in un processo che richiede
TPP come cofattore.
Destino metabolico del piruvato
Nella cellula la disponibilità di NAD+, un coenzima che deriva dalla niacina, è limitata. Il NAD+
deve essere rigenerato affinché la glicolisi possa procedere attraverso il metabolismo del
piruvato.
Si forma etanolo a
partire dal piruvato
in
assenza
di
ossigeno nei lieviti e
in
molti
altri
microorganismi.
Si forma lattato in
un’ampia gamma di
microorganismi e nel
muscolo sotto intensa
attività fisica, quando la
quantità di ossigeno è
limitante.
Una maggiore quantità
di energia può essere
estratta aerobicamente
mediante il ciclo di
Krebs e la catena di
trasporto degli elettroni.
Destino metabolico del piruvato
La fermentazione indica la degradazione anaerobica del glucosio (e di altri nutrienti organici) per
ottenere energia sotto forma di ATP.
Fermentazione lattica
Nella fermentazione lattica (o omolattica) il NAD+ viene rigenerato dal NADH mediante la
riduzione del piruvato a lattato catalizzata dalla lattato deidrogenasi.
Tale fermentazione avviene anche nelle cellule degli organismi superiori quando la quantità di
ossigeno è limitante come accade nel muscolo durante intensa attività fisica. La reazione
complessiva della conversione del glucosio in piruvato è:
Glucosio + 2Pi + 2 ADP → 2 Lattato + 2 ATP + 2H2O
Fermentazione alcolica
I lieviti ed alcuni microorganismi fermentano il glucosio ad etanolo e CO2 in due tappe: 1) la
decarbossilazione del piruvato catalizzata dalla piruvato decarbossilasi che richiede tiamina
pirofosfato (TPP); 2) la riduzione dell’acetaldeide ad etanolo ad opera del NADH catalizzata
dall’alcool deidrogenasi. In tale reazione viene rigenerato il NAD+.
La reazione complessiva della conversione del glucosio in etanolo è:
Glucosio + 2Pi + 2 ADP + 2H+ → 2 Etanolo + 2 CO2 + 2 ATP + 2H2O
Ruolo della TPP nella decarbossilazione del piruvato
La tiamina pirofosfato è la forma coenzimatica della vitamina B1 (tiamina). La TPP ha una
funzione rilevante nelle reazioni in cui si ha la rottura di un legame adiacente a un gruppo
carbonilico.
La perdita del protone
acido genera un carbanione
che agisce da nucleofilo,
attaccando il carbonio
carbonilico del piruvato.
Meccanismo di reazione della piruvato decarbossilasi
In seguito a decarbossilazione
si forma un carbanione. L’anello
tiazolico della TPP si comporta
come una trappola per elettroni,
stabilizzando il carbanione per
risonanza
Dopo la protonazione (3), il
prodotto
della
reazione,
l’acetaldeide, viene rilasciato (4)
e un protone si dissocia per
rigenerare il carbanione della TPP
Sito attivo dell’alcol deidrogenasi
Il sito attivo contiene uno ione zinco
legato a due residui di cisteina e a un
residuo di istidina.
Lo ione zinco lega l’acetaldeide attraverso
il suo atomo di ossigeno, polarizzando il
gruppo carbonilico del substrato in modo
che possa accettare più facilmente uno
ione idruro dal NADH.
I siti di legame per il NAD+ sono conservati
I siti di legame per il NAD+ delle deidrogenasi sono molto simili e formati da 4 α eliche e 6
foglietti β paralleli (avvolgimento di Rossmann). La molecola di NAD+ si lega nella sua
conformazione estesa.
Mantenimento dell’equilibrio redox
Il NADH prodotto dalla reazione della gliceraldeide-3-P-deidrogenasi viene riossidato nelle
fermentazioni generando etanolo (fermentazione alcolica) o acido lattico (fermentazione lattica).
Nella conversione del glucosio in etanolo (o lattato) non si verifica una ossido-riduzione netta.
Il metabolismo di esosi diversi dal glucosio
Concetti chiave:
• Gli esosi fruttosio, galattosio e mannosio sono convertiti in intermedi glicolitici per essere
metabolizzati ulteriormente.
Ingresso di altri esosi nella glicolisi
Benché il glucosio sia il monosaccaride più utilizzato, anche altri monosaccaridi vengono utilizzati
come importanti combustibili metabolici. I più abbondanti in natura, fruttosio, mannosio e
galattosio, vengono incanalati nella via glicolitica.
Il metabolismo del fruttosio
La maggior parte del fruttosio viene
metabolizzato dal fegato usando la via
del fruttosio 1-fosfato (fruttochinasi).
Il fruttosio 1-fosfato viene quindi
convertito
in
gliceraldeide
e
diidrossiacetone fosfato dalla fruttosio 1fosfato aldolasi.
Il diidrossiacetone fosfato viene poi
convertito in gliceraldeide 3-fosfato
dall’enzima glicolitico trioso fosfato
isomerasi.
La gliceraldeide viene trasformata in
gliceraldeide 3-fosfato dalla trioso
chinasi in una reazione che coinvolge ATP
In altri tessuti, il fruttosio può anche
essere fosforilato a fruttosio 6-fosfato
dall’esochinasi.
Il metabolismo del fruttosio
Il metabolismo del mannosio
Il mannosio e il glucosio sono epimeri
Il metabolismo del mannosio
Il mannosio viene fosforilato a mannosio-6-fosfato dall’esochinasi. Il mannosio-6-fosfato viene
poi isomerizzato ad opera della fosfomannosio isomerasi in fruttosio 6-fosfato.
Il metabolismo del galattosio
Il galattosio e il glucosio sono epimeri
Il metabolismo del galattosio
Il galattosio viene convertito a
galattosio-1-fosfato
(1)
che
acquista poi un gruppo uridilico
dall’uridina difosfato glucosio (2).
L’UDP-galattosio
viene
epimerizzato a UDP-glucosio (3)
che viene così rigenerato.
Il G-1-P viene epimerizzato a
G-6-P (4).
La regolazione della glicolisi
Concetti chiave:
• Gli enzimi che catalizzano reazioni con grandi variazioni negative di energia libera
funzionano da punti di controllo del flusso.
• La fosfofruttochinasi, il principale punto di regolazione della glicolisi nel muscolo, è inibita
allostericamente dall'ATP e attivata dall'AMP e dall'ADP.
• Il ciclo del substrato permette alla velocità della glicolisi di rispondere velocemente ai
cambiamenti richiesti.
La regolazione della glicolisi
La glicolisi ha un duplice ruolo: degrada il glucosio per generare ATP e fornisce i precursori per
le vie biosintetiche come la sintesi degli acidi grassi. Per soddisfare queste due esigenze la
velocità di formazione del piruvato è regolata. Nelle vie metaboliche gli enzimi che catalizzano
reazioni irreversibili sono potenziali punti di controllo.
Tre reazioni della glicolisi sono così esoergoniche da essere praticamente irreversibili e sono
quelle catalizzate dalla esochinasi, dalla PFK-1 e dalla piruvato chinasi.
Regolazione dell’esochinasi
L’esochinasi del muscolo viene inibita allostericamente dal suo prodotto, il glucosio 6-fosfato. I
mammiferi hanno diverse forme di esochinasi, tutte capaci di catalizzare la conversione del
glucosio in glucosio 6-fosfato. Proteine diverse in grado di catalizzare la stessa reazione sono
dette isoenzimi.
La reazione esochinasica nel fegato è controllata con le stesse modalità che nel muscolo,
tuttavia il fegato possiede un isoenzima che non è inibito dal G6P.
Regolazione dell’esochinasi
La forma predominante di esochinasi nel fegato è l’esochinasi IV, detta anche glucochinasi. La
glucochinasi continua a fosforilare il glucosio anche se i livelli di glucosio 6-fosfato sono elevati.
La glucochinasi ha una maggiore specificità per il glucosio rispetto all’esochinasi ma ha una
elevata KM per il glucosio (minore affinità) e diventa efficiente quando il glucosio è abbondante.
La funzione della glucochinasi epatica è quella di fornire G6P per la sintesi del glicogeno.
Regolazione dell’esochinasi
La bassa affinità della glucochinasi epatica per il glucosio costituisce un primo segnale di
scarsità di glucosio per il muscolo e il cervello e assicura che il glucosio non resterà inutilizzato
quando è abbondante.
Regolazione della PFK-1
Il glucosio 6-fosfato non è un intermedio di altre vie metaboliche (sintesi del glicogeno, via dei
pentosio-fosfato). La prima reazione irreversibile utilizzata dalla sola via glicolitica è la
fosforilazione del fruttosio 6-fosfato a fruttosio 1,6-bisfosfato.
La fosfofruttochinasi-1 è il principale sito di controllo della glicolisi.
Regolazione della PFK-1
Elevate concentrazioni di ATP fanno diminuire l’affinità dell’enzima per il substrato fruttosio 6fosfato inibendo l’enzima. L’effetto inibitore è aumentato nel fegato dal citrato, il primo
intermedio del ciclo dell’acido citrico.
Regolazione della PFK-1
L’azione inibitrice dell’ATP viene abolita dall’AMP. Perché l’AMP e non l’ADP? Quando l’ATP
viene utilizzato rapidamente, l’adenilato chinasi può formare ATP a partire da ADP:
ADP + ADP → ATP + AMP
L’AMP è il segnale per lo stato a bassa energia.
Regolazione della PFK-1
Elevati livelli di ATP e citrato indicano che le necessità energetiche e la richiesta di metaboliti
per le vie biosintetiche sono soddisfatte. Al contrario AMP ed ADP sono segnali di bassa
energia. Tali segnali agiscono in maniera opposta sulla gluconeogenesi.
Regolazione della PFK-1
Il fegato possiede molte caratteristiche di regolazione del muscolo ma essendo l’organo
deputato al mantenimento dei livelli ematici di glucosio ha una regolazione più complessa.
Un meccanismo tramite il quale la glicolisi epatica risponde alle variazioni dei livelli ematici di
glucosio comporta l’intervento della molecola segnale fruttosio 2,6-bisfosfato, potente
attivatore della PFK-1.
Regolazione della PFK-1
Il fruttosio 2,6-bisfosfato si forma dal fruttosio 6-fosfato (aumenta quando i livelli di glucosio
ematico sono alti) ad opera della fosfofruttochinasi 2 (PFK-2). Il fruttosio 2,6-bisfosfato viene
idrolizzato a fruttosio 6-fosfato da una specifica fosfatasi la fruttosio 2,6 bisfosfatasi (Fbasi-2).
Regolazione della PFK-1
Il fruttosio 2,6-bisfosfato è un potente regolatore allosterico della PFK-1 e della FBPasi-1. Attiva
allostericamente la PFK-1 stimolando la glicolisi ed ha effetti opposti sulla FBPasi-1, riducendo
la sua affinità per il substrato e rallentando di conseguenza la gluconeogenesi.
Il ciclo del substrato regola la PFK
Nel muscolo a riposo entrambi gli enzimi del ciclo del substrato F6P/FBP sono attivi e il flusso
glicolitico è basso. Nel muscolo in contrazione aumenta l’attività della PFK e diminuisce
l’attività della FBPasi provocando un aumentato flusso glicolitico.
Muscolo a riposo
FBPasi-1
Muscolo in contrazione
PFK-1
FBPasi-1
PFK-1
Regolazione della PFK-1
Ricapitolando…
Regolazione della piruvato chinasi
La piruvato chinasi (sia muscolare che epatica) viene inibita da concentrazioni elevate di ATP e
alanina (che si forma dal piruvato). L’ATP inibisce la piruvato chinasi allostericamente,
diminuendo l’affinità dell’enzima per il suo substrato, il fosfoenolpiruvato. La piruvato chinasi
viene anche inibita dall’acetil-CoA e dagli acidi grassi a catena lunga, importanti combustibili
per il ciclo dell’acido citrico.
La piruvato chinasi epatica (isoforma L, liver) è anche sotto il controllo mediante modificazione
covalente per forsforilazione reversibile.
Regolazione della piruvato chinasi
Regolazione della glicolisi nel muscolo
Nel muscolo a riposo la glicolisi è poco attiva (↑
↑ ATP) e il G6P viene convertito in glicogeno. Nel
muscolo in attività la diminuzione del rapporto ATP/AMP causata dalla contrazione muscolare
causa l’aumento del flusso glicolitico.
Cancro e glicolisi
Le cellule tumorali hanno una glicolisi più attiva e metabolizzano il glucosio a lattato anche in
presenza di ossigeno (effetto Warburg). La conseguente acidificazione facilita l’infiltrazione del
tumore ed impedisce l’aggressione del sistema immunitario.
Cancro e glicolisi
Le condizioni ipossiche esistenti all’interno di una massa tumorale determinano l’attivazione del
fattore di trascrizione inducibile dall’ipossia (HIF-1), che induce l’adattamento metabolico
(aumento degli enzimi glicolitici) e attiva i fattori angiogenici che stimolano la crescita di nuovi
vasi sanguigni.