Glicolisi - biochimica

Scritto da Fabrizio Crisafulli.
Pubblicato il 21-11-2012 Revisionato il 12-05-2019
Fabrizio Crisafulli

Laureato in biologia, curo da oltre quindici anni siti di informazione scientifica.

Tavola dei contenuti: Reazioni glicolitiche - Bilancio energetico complessivo

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La glicolisi è una via metabolica, operata a livello del citoplasma, attraverso la quale una molecola di glucosio è ossidata in piruvato, mediante dieci reazioni catalizzate da enzimi. La glicolisi è una via universale che, in altre parole, è adottata da tutti gli organismi viventi a prescindere dalla complessità organizzativa. Per questa ragione, gli eventi metabolici della glicolisi sono tali tanto nei procarioti quanto negli eucarioti.

Glicolisi anaerobia

La definizione di glicolisi anaerobia è concenttualmente errata. La glicolisi è un evento non modulabile dalla presenza, o dall'assenza di ossigeno poiché avviene indipendentemente dalla presenza della molecola. La presenza di ossigeno, invece, è di fondamentale importanza nelle successive vie metaboliche, ad esempio nel destino del piruvato.

Da un punto di vista biochimico, la glicolisi è la via metabolica che conferma, nei viventi, l'utilizzo del glucosio come fonte primaria di energia.

Reazioni glicolitiche

Le reazioni della glicolisi si suddividono in due fasi distinte: una fase di attivazione ed un di recupero. Nell'attivazione viene investita una quantità di energia chimica, ottenuta dall'idrolisi di due molecole di ATP; questa attivazione è necessaria affinché tutta la via glicolitica possa iniziare. La fase di attivazione, inoltre, è un importante punto di controllo di tutto il metabolismo dei carboidrati.

Nella seconda fase, o fase di recupero, che inizia con l'ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato, il flusso di energia si inverte, poiché dalla rottura di alcuni legami è possibile trasferire energia mediante la sintesi di ATP.

Fosforilazione del glucosio

La prima tappa della glicolisi prevede la fosforilazione del glucosio in glucosio-6-fosfato. L'enzima coinvolto è una esochinasi.

Glicolisi: prima tappa
Prima tappa della glicolisi

La fosforilazione del glucosio, altresì conosciuta con il termine di attivazione del glucosio, ha il compito di impedire l'uscita dello zucchero dalla cellula. Una volta fosforilato, infatti, il glucosio non è più capace di attraversare la membrana cellulare.

Isomerizzazione del glucosio-6-fosfato

Il glucosio-6-fosfato è isomerizzato, mediante un enzima appartenente alla classe delle isomerasi, in fruttosio-6-fosfato. La reazione è reversibile.

Glicolisi, seconda tappa
Seconda tappa della glicolisi

Fosforilazione del fruttosio-6-fosfato

Il fruttosio-6-fosfato è il substrato della fosfofruttochinasi-1, enzima che appartiene alla classe delle chinasi. La reazione catalitica porta alla formazione di fruttosio-1,6-bisfosfato. La fosfofruttochinasi-1 è modulata da più substrati e, per questa ragione, rappresenta un importante punto di controllo della via glicolitica. L'inibizione dell'enzima è operata dall'ATP e dal citrato, un intermedio del ciclo di Krebs. La presenza del citrato in elevate concentrazioni è  un indice  di valutazione della sovraproduzione di energia da parte della cellula, rispetto a quanto ne possa, metabolicamente, necessitare. In questa situazione la glicolisi è bloccata. La fosfofruttochinasi-1 è modulata dal fruttosio-2,6-bisfosfato, che rappresenta un isomero strutturale del fruttosio-6-fosfato.

Glicolisi, terza tappa e fosfofruttochinasi
Terza tappa della glicolisi. Intervento della fosfofruttochinasi-1 (PFk-1)

Maggiori informazioni sulla modulazione dell'enzima sono presenti alla pagina Regolazione del metabolismo del glucosio.

Scissione del fruttosio-1,6-bifosfato

Il fruttosio-1,6-bisfosfato è il substrato di una aldolasi, enzima facente parte della classe delle liasi. La reazione enzimatica porta alla formazione di gliceraldeide-3-fosfato e diidrossiacetone fosfato.

Glicolisi, tappa 4
Quarta tappa della glicolisi.

Interconversione del diidrossiacetone fosfato

Il diidrossiacetone fosfato è interconvertito in gliceraldeide-3-fosfato dalla trioso fosfato isomerasi, un enzima che fa parte della famiglia delle isomerasi.

Glicolisi, tappa 5
Quinta tappa della glicolisi.

Ossidazione della gliceraldeide -3-fosfato

L'enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi, catalizza l'ossidazione delle gliceraldeide-3-fosfato in 1,3-bisfosfoglicerato. La reazione prevede una prima ossidazione dell'aldeide in acido carbossilico, e una seconda tappa di addizione di un fosfato inorganico al neoformato 3-fosfoglicerato.

Glicolisi, tappa 6
Sesta tappa della glicolisi.

La reazione catalizzata dalla gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi è un esempio tipico di reazione accoppiata.

Ossidazione dell'1,3-bisfosfoglicerato

L'1,3-bisfosfoglicerato è il substrato, ad altissima energia, dell'enzima fosfoglicerato chinasi che trasferisce un radicale fosforico dal substrato all'ADP, con un guadagno netto di una molecola di ATP. L'intermedio formatosi è il 3-fosfoglicerato.

Glicolisi, tappa 7
Settima tappa della glicolisi.

La reazione di ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato e la fosforilazione del 1,3-bisfosfoglicerato possono essere considerate come una reazioni accoppiate. L'1,3-bisfosfoglicerato è l'intermedio comune delle due semireazioni.

Riarrangiamento del 3-fosfoglicerato

Il 3-fosfoglicerato è riarrangiato, da una isomerasi, a 2-fosfoglicerato.

Glicolisi, tappa 8
Ottava tappa della glicolisi

Disidratazione e formazione di fosfoenolpiruvato

Una enolasi, enzima che fa parte della classe delle liasi, processa il 2-fosfoglicerato prodotto nello step precedente e porta alla formazione di fosfoenolpiruvato. Il fosfoenolpiruvato è una molecola ad alta energia.

Glicolisi, tappa 9
Nona tappa della glicolisi.

Piruvato chinasi e formazione di piruvato

L'ultimo passaggio della via glicolitica prevede l'ossidazione del fosfoenolpiruvato in piruvato, con la biosintesi di una molecola di ATP. L'enzima coinvolto è la piruvato chinasi, modulabile su differenti fronti. Per questa ragione la piruvato chinasi rappresenta un punto di controllo della glicolisi.

Glicolisi, tappa 10
Decima tappa della glicolisi.

Maggiori informazioni sulla modulazione dell'enzima piruvato chinasi sono presenti alla pagina Regolazione del metabolismo del glucosio.

Bilancio energetico complessivo

Al netto di ogni singola reazione glicolitica il bilancio energetico complessivo della glicolisi è favorevole, giacché per ciascuna molecola di glucosio la cellula guadagna 2 molecole di ATP e 2 di NAD ridotto (NADH + H+). Il bilancio esteso è il seguente:

Glucosio + 2 ATP + 2 NAD+ + 4 ADP + 2 Pi → 2 piruvato + 2 ADP + 2 NAD ridotto + 4 ATP + 2 H2O

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