Metabolismo Ossidativo e Glicolisi

L'enzima aldolasi scinde il fruttosio 1,6-bisfosfato in due molecole: diidrossiacetone fosfato (DHAP) e gliceraldeide-3-fosfato (GAP).

La triosio fosfato isomerasi (TIM) catalizza l'isomerizzazione del diidrossiacetone fosfato (DHAP) in gliceraldeide-3-fosfato (GAP).

La gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (GAPDH) catalizza l'ossidazione della gliceraldeide-3-fosfato (GAP) in 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG), con la riduzione del NAD+ a NADH.

La fosfoglicerato chinasi trasferisce un gruppo fosfato dal 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) all'ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato.

Le reazioni 6 e 7 della glicolisi sono accoppiate: la reazione esoergonica della fosfoglicerato chinasi spinge in avanti la reazione endoergonica della GAPDH, permettendo la sintesi di NADH e ATP.

Nei globuli rossi, una parte del 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) viene convertita in 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) dalla bisfosfoglicerato mutasi. Il 2,3-BPG ha un ruolo importante nel trasporto dell'ossigeno.

L'amilasi salivare è un enzima presente nella saliva che inizia la digestione degli amidi, rompendo i legami α-1,4 tra le molecole di glucosio presenti nell'amido e nel glicogeno.

L'amilasi pancreatica, secreta dal pancreas, continua la digestione degli amidi iniziata nella bocca, producendo oligosaccaridi e disaccaridi.

Gli enzimi legati alla membrana della mucosa intestinale sono necessari per rompere i legami dei disaccaridi e degli oligosaccaridi in monosaccaridi, che possono essere assorbiti.

L'intolleranza al lattosio è causata dalla diminuzione dell'attività dell'enzima lattasi, che idrolizza il lattosio nel latte, dopo lo svezzamento.

Il glucosio è un monosaccaride che entra nelle cellule e può essere utilizzato per diverse funzioni, come la produzione di energia, la costruzione di altre molecole o la fermentazione nei batteri.

La glicolisi è una via metabolica che avviene nel citoplasma e converte una molecola di glucosio in due molecole di piruvato, generando contemporaneamente 2 molecole di ATP.

La fase preparatoria della glicolisi richiede un investimento energetico per attivare il glucosio e prepararlo alla successiva scissione.

Il glucosio è la principale fonte di energia metabolica per alcuni tessuti come il cervello, la midollare surrenale, i globuli rossi e gli spermatozoi.

Il processo di aggiunta di un gruppo fosfato a una molecola. Nella glicolisi, la fosforilazione è fondamentale per diverse ragioni, come intrappolare gli zuccheri nella cellula, generare intermedi ad alta energia e abbassare l'energia di attivazione degli enzimi.

Il processo di conversione del glucosio in glucosio-6-fosfato, catalizzato dall'enzima esochinasi e accompagnato da un consumo di ATP.

L'enzima esochinasi è in grado di riconoscere e lavorare non solo sul glucosio, ma anche sul D-mannosio e il D-fruttosio.

Un importante isoenzima dell'esochinasi presente nel fegato, che svolge un ruolo chiave nel controllo dei livelli di glucosio nel sangue.

Il processo di conversione del glucosio-6-fosfato in fruttosio-6-fosfato, catalizzato dall'enzima fosfoesosio isomerasi.

La reazione di conversione del fruttosio-6-fosfato in fruttosio 1,6-bisfosfato, catalizzata dall'enzima fosfofruttochinasi e accompagnata da un consumo di ATP.

La reazione di fosforilazione del glucosio, catalizzata dall'esochinasi, è irreversibile.

La fosfofruttochinasi è un enzima regolato allostericamente, il che significa che la sua attività può essere modificata da molecole diverse dal substrato.

La reazione 8, catalizzata dalla fosfoglicerato mutasi (+ Mg2+), sposta il gruppo fosfato dal 3-fosfoglicerato alla posizione 2, formando 2-fosfoglicerato. Questa reazione è reversibile, con un ΔG’° di 4,4 kJ/mol, che indica che si trova vicina all'equilibrio.

La reazione 9, catalizzata dall'enolasi, deidrata il 2-fosfoglicerato, rimuovendo una molecola d'acqua e formando il fosfoenolpiruvato (PEP). La reazione è sfavorita (ΔG’°= 7,5 kJ/mol), ma viene spinta in avanti dalla successiva conversione del PEP in piruvato. Questa reazione genera un intermedio enolico stabilizzato dal Mg+ e il PEP ad alta energia, che può essere usato per produrre ATP.

La reazione 10, catalizzata dalla piruvato chinasi, è una reazione esoergonica (ΔG’° = -31.4 kJ/mol) e irreversibile. Il fosfoenolpiruvato (PEP) si combina con l'ADP, trasferendo il suo gruppo fosfato all'ADP e formando piruvato e ATP. Questo processo è chiamato fosforilazione a livello del substrato.

La fermentazione è un processo metabolico che non produce ATP, ma serve a rigenerare il NAD+ necessario per la glicolisi. Questo processo è importante per le cellule che non possono usare l'ossigeno (ad esempio, gli eritrociti) o in condizioni di carenza di ossigeno (ad esempio, nei muscoli).

Nella fermentazione omolattica o lattica, il piruvato viene convertito in lattato tramite l'enzima lattato deidrogenasi. Questo processo riduce il piruvato a lattato e ossida il NADH a NAD+, rigenerando il NAD+ necessario per la glicolisi.

Durante la glicolisi, la reazione 6 richiede NAD+ per ossidare il gliceraldeide 3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato: il NAD+ viene convertito in NADH. Tuttavia, se il NAD+ esaurisce, la glicolisi si blocca. La fermentazione serve proprio a rigenerare il NAD+ per mantenere la glicolisi in corso.

La fermentazione è un processo che avviene in cellule senza mitocondri, come gli eritrociti, o in cellule che hanno mitocondri ma sono in condizioni di carenza di ossigeno, come le cellule muscolari durante l'esercizio fisico intenso.

Il lattato, prodotto dalla fermentazione lattica, può essere utilizzato come fonte di energia da altri tessuti o convertito nuovamente in glucosio nel fegato.

È una reazione reversibile che dipende dalla concentrazione relativa dei substrati. Essa è un processo spontaneo che si verifica ad esempio durante il processo di fermentazione lattica, con la formazione di acido lattico.

Il lattato, prodotto durante l'attività fisica intensa, si dissocia in ambiente acquoso rilasciando protoni (H+). Questo processo acidifica l'ambiente cellulare, favorendo il rilascio di ossigeno dall'emoglobina.

La gluconeogenesi è il processo che converte il lattato in glucosio nel fegato, consumando ATP. Il glucosio viene poi rilasciato nel circolo sanguigno e portato al muscolo per fornire energia.

Lo yogurt è un prodotto derivato dal latte fermentato da batteri lattici, come i lattobacilli. Questi batteri, in condizioni anaerobiche, trasformano il lattosio in glucosio e galattosio, producendo acido lattico che conferisce al prodotto il suo sapore e la sua consistenza.

La fermentazione alcolica è un processo metabolico che trasforma il piruvato in alcol etilico (etanolo). È caratterizzata da due reazioni chiave mediate da enzimi specifici.

La piruvato decarbossilasi è un enzima che catalizza la decarbossilazione del piruvato, convertendolo in acetaldeide. Questa reazione richiede la presenza di magnesio (Mg2+) e tiamina pirofosfato (TPP).

L'alcol deidrogenasi è un enzima che catalizza la riduzione dell'acetaldeide in etanolo, utilizzando il NADH come donatore di elettroni. Questa reazione richiede anche la presenza di un protone (H+).

È un coenzima che partecipa alla reazione catalizzata dalla piruvato decarbossilasi. È un gruppo prospettico che consente l'attivazione del piruvato per la decarbossilazione.

La fermentazione è un processo metabolico che produce energia in assenza di ossigeno. Questo processo genera meno ATP rispetto alla fosforilazione ossidativa, ma è più veloce in condizioni di scarsità di ossigeno.

L'effetto Pasteur osserva che in presenza di ossigeno, i batteri consumano poco glucosio; in assenza di ossigeno, i batteri consumano molto glucosio per produrre rapidamente ATP. Questo perché la fermentazione è più veloce, sebbene meno efficiente, della fosforilazione ossidativa.

L'effetto Warburg descrive come le cellule tumorali consumano glucosio a un tasso 10 volte superiore rispetto alle cellule normali, anche in presenza di ossigeno. Queste cellule preferiscono il metabolismo fermentativo, anche in condizioni aerobiche.

Le cellule tumorali aumentano l'espressione di trasportatori di glucosio sulla loro superficie e di enzimi chiave per la glicolisi, per aumentare l'assorbimento e il metabolismo del glucosio attraverso la fermentazione.

La PET-tomografia ad emissione di positroni sfrutta l'effetto Warburg per rilevare le cellule tumorali. Un glucosio marcato con fluoro (2-fluoro-2-deossiglucosio) viene somministrato al paziente. Questo glucosio non viene convertito in fruttosio, accumulandosi nelle cellule tumorali che lo assorbono in grande quantità.

Il cervello e la vescica sono due organi che accumulano in modo significativo il 2-fluoro-2-deossiglucosio durante la PET-tomografia, a causa dell'elevato metabolismo del glucosio in queste aree.

Le fibre muscolari lente sono specializzate per la resistenza e utilizzano principalmente la fosforilazione ossidativa per produrre energia. Le fibre muscolari veloci sono specializzate per la potenza e utilizzano principalmente la fermentazione lattica per produrre energia rapidamente