Embed Size (px)
Citation preview
piruvato
glucosio
NADHFADH2
(trasportatoriRidotti di e-)
Acetil-CoA
Glicolisi
CO2CO2
Ciclodell’acido
citrico
CitratoOssalacetato
Acidigrassi
Ammino-acidi
e-
e-
e-
e-
e-
e- e-
e-
Complessodella piruvatodeidrogenasi
Catena respiratoria(trasferimento degli
Elettroni)
2H+ + 1/2O2
H2O
ADP + PiATP
Catabolismo delle sostanze nutrientiEsso può essere diviso in tre fasi
Fase 1: Produzione di Acetil-CoA
Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA
Fase 3: Trasferimento degli elettroni e fosforilazione ossidativa
CO2
e-
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
2 Puruvato
2 Acetil-CoA
4 CO2 + 4 H2O
2 Etanolo + 2 CO2 2 Lattato
Ciclodell’acidocitrico
O2
O2
CO2
Fermentazione a lattato nel muscolo in attività, negli eritrociti e in alcuni microrganismi
Condizioni anaerobiche
Condizioni anaerobiche
Glicolisi (10 reazioni successive)
Fermentazione AlcolicaNel lievito
Glucosio
Glucosio-6-fosfato
Fruttosio-6-fosfato
Fruttosio-1,6-bisfosfato
Gliceraldeide-3-fosfato
Diidrossiacetone-3-fosfato 1,3-bisfosfoglicerato
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
Piruvato(-ATP)
(-ATP)
(+2 ATP)
(+2 ATP)
1
2
3
4
56 7
8
9
10
(-2 NAD+)
FasePreparatoria
Fasedi recupero
La glicolisi è divisa in due fasi
Prima tappaFosforilazione del glucosio
O
OHH
HOH
H
OH
CH2
HH
OH
OP
O
O
OATP ADP
Mg2+
Esochinasi
O
OHH
HOH
H
OH
CH2
HH
OH
OH
Glucosio Glucosio-6-fosfato
G°’= -16,7 kJ/mole
Seconda tappaConversione del glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato
Mg2+
Glucosio-6-fosfato
CH2OP
O
O
O O
HOH
OHHH
CH2
OH
OH
Fruttosio-6-fosfato
Fosfoesosioisomerasi
G°’= 1,7 kJ/mole
O
OHH
HOH
H
OH
CH2
HH
OH
OP
O
O
O
Terza tappaFosforilazine del fruttosio-6-fosfato a fruttosio-1,6-bisfosfato
Mg2+
Fruttosio-6-fosfato
Fosfofruttochinasi-1
ATP ADPCH2OP
O
O
O O
HOH
OHHH
CH2
OH
OHCH2OP
O
O
O O
HOH
OHHH
CH2
OH
O P
O
O
O
Fruttosio-1,6-bisfosfato
G°’= -14,2 kJ/mole
Quarta tappaRottura del fruttosio-1,6-bisfosfato
Aldolasi
Fruttosio-1,6-bisfosfato
G°’= 23,8 kJ/mole
CH2OP
O
O
O O
HOH
OHHH
CH2
OH
O P
O
O
O CH2OP
O
O
O
CH2
O C
OH
Diidrossiacetonefosfato
Gliceraldeide-3-fosfato
+
C
CH
HO
CH2
OH
O P
O
O
O
Quinta tappaInterconversione dei triosi fosfati
Trioso fosfatoisomerasi
G°’= 7,5 kJ/mole
Diidrossiacetonefosfato
Gliceraldeide-3-fosfato
CH2OP
O
O
O
CH2
O C
OH C
CH
HO
CH2
OH
O P
O
O
O
Sesta tappaOssidazione della gliceraldeide-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato
Gliceraldeide-3-Fosfato
deidrogenasi
G°’= 6,3 kJ/mole
Gliceraldeide-3-fosfato
C
CH
HO
CH2
OH
O P
O
O
O
OHP
O
O
OC
CH
OO
CH2
OH
O P
O
O
O
P
O
O
O
NAD+ NADH + H+
1,3-bisfosfoglicerato
Settima tappaTrasferimento del gruppo fosforico all’ADP
Fosfogliceratochinasi
G°’= -18,8 kJ/mole
C
CH
OO
CH2
OH
O P
O
O
O
P
O
O
O
ADP ATP
1,3-bisfosfoglicerato
C
CH
OO
CH2
OH
O P
O
O
OMg2+
3-fosfoglicerato
Ottava tappaConversione del 3-fosfoglicerato in 2-fosfoglicerato
Fosfogliceratomutasi
G°’= 4,4 kJ/mole
Mg2+
3-fosfoglicerato
C
CH
OO
CH2
OH
O P
O
O
O
2-fosfoglicerato
C
C
OO
CH2
O
OH
P
O
O
O
H
Nona tappaDeidratazione del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato
Enolasi
G°’= 7,5 kJ/mole
2-fosfoglicerato
H2O
C
C
OO
CH2
O
OH
P
O
O
O
H
C
C
OO
CH2
O P
O
O
O
Fosfoenolpiruvato
Decima tappaTrasferimento del fosfato all’ADP
Piruvatochinasi
G°’= -31,4 kJ/mole
ATP
Fosfoenolpiruvato
ADP
Mg2+, K+
C
C
OO
CH2
O P
O
O
O C
C
OO
CH3
O
Piruvato
Bilancio complessivo della glicolisi in condizioni aerobiche
2 ATP2 ADP + Pi
Glucosio
2
O
OHH
HOH
H
OH
CH2
HH
OH
OH
C
C
OO
CH3
O
Piruvato
2 NAD+ 2 NADH + H+
In condizioni anaerobicheil NAD+ viene rigenerato
C
C
OO
CH3
O
Lattatodeidrogenasi
G°’= -25,1 kJ/mole
NAD+NADH + H+
Piruvato Lattato
Fermentazione lattacida
C
C
OO
CH3
OHH
Bilancio complessivo della glicolisi in condizioni anaerobiche
C
C
OHO
CH3
OHH
2 ATP2 ADP + Pi
LattatoGlucosio
2
O
OHH
HOH
H
OH
CH2
HH
OH
OH
Nella fermentazione alcolica il piruvatoviene convertito in etanolo con due reazioni
CO2
NAD+NADH + H+
PiruvatoPiruvato
decarbossilasi
C
C
OO
CH3
O
C
CH3
O H
Acetaldeide
TPP, Mg2+
C
CH3
O H
Acetaldeide
CH2
CH3
OH
EtanoloAlcol deidrogenasi
Regolazione del catabolismo dei carboidrati
Glucosio
Glucosio-6-fosfato
Fruttosio-6-fosfato
Fruttosio-1,6-bisfosfato
Gliceraldeide-3-fosfato
Diidrossiacetone-3-fosfato 1,3-bisfosfoglicerato
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
Piruvato(l’esochinasi è inibita dal suo prodotto)
(la fosfofruttochinasi è inibita da ATP e citrato ed è attivata da AMP, ADP e fruttosio-2,6-bisfosfato)
(la piruvato chinasi è inibita dall’ATP)
1
2
3
4
56 7
8
9
10
piruvato
glucosio
NADHFADH2
(trasportatoriRidotti di e-)
Acetil-CoA
Glicolisi
CO2CO2
Ciclodell’acido
citrico
CitratoOssalacetato
Acidigrassi
Ammino-acidi
e-
e-
e-
e-
e-
e- e-
e-
Complessodella piruvatodeidrogenasi
Catena respiratoria(trasferimento degli
Elettroni)
2H+ + 1/2O2
H2O
ADP + PiATP
Catabolismo delle sostanze nutrientiEsso può essere diviso in tre fasi
Fase 1: Produzione di Acetil-CoA
Fase 2: Ossidazione dell’Acetil-CoA
Fase 3: Trasferimento degli elettroni e fosforilazione ossidativa
CO2
e-
Ciclo dell’acido citricoo ciclo degli acidi tricarbossilici
o ciclo di Krebs
CO
CH3
S-CoA
Prima di entrare nel ciclo il piruvato deve essere convertito in acetil-CoA
C
C
OO
CH3
O
Complesso dellaPiruvato Deidrogenasi
(E1, E2, E3)
NAD+ NADH
Piruvato
CoA-SHTPP,lipoato,
FAD
CO2
+
Acetil-CoA
G°’= -33,4 kJ/mole
E2E1 E3
E2E1 E3
SH
SHE2E1 E3
S
S
E2E1 E3
S
S
C
C
OO
CH3
OPiruvato
E2E1 E3
S
S
TPP
OH |
CH3-C-H
CO2
FAD
S
SH
C
O
CH3
TPPFAD
FADTPP
CoA-SH
C
O
CH3 CoA
FADH2
NAD+
NADH + H+
Lipoillisinaossidata
Lipoillisinaridotta
TPP
TPP
FAD
Complesso della piruvato deidrogenasi
E1: Piruvatodeidrogenasi24 x 96.000
E2: diidrolipoiltransacetilasi24 x 70.000
E3: diidrolipoildeidrogenasi12 x 56.000
1
2
3
4
5
CO2
CO2
Reazioni del ciclo dell’acido citrico
Citrato
Isocitrato
-chetoglutarato
Succinil-CoA
Succinato
Fumarato
Malato
Ossalacetato
Acetil-CoA
FADH2
GTP(ATP)
NADH
NADH
NADH
1
2
3
4
56
7
8
Prima tappaCondensazione dell’acetil-CoA con l’ossalacetato
CO O
CO
C
CH2
O
OCitratosintasiAcetil-CoA
CCH3
O
S-CoA
Ossalacetato
G°’= -32,2 kJ/mole
CO O
CO
C
CH2
OH
O
CH2 CO
O
H2O CoA-SH
Citrato
Seconda tappaFormazione dell’isocitrato attraverso il cis-aconitato
CO O
CO
C
C
OH
O
CH2 CO
O
HH
CO O
CO
C
C
O
CH2 CO
O
HAconitasi
CitratoAconitato
G°’= -13,3 kJ/mole
H2OH2O
CO O
CO
C
C
H
O
CH2 CO
O
HOHAconitasi
Isocitrato
Terza tappaOssidazione dell’isocitrato ad -chetoglutarato
CO O
CO
C
C
H
O
CH2 CO
O
HOH Isocitratodeidrogenasi
NAD+NADH + H+
CO
CH2
C
O
CH2 COO
O
+ CO2
G°’= -20,9 kJ/mole
Isocitrato -chetoglutarato
Quarta tappaOssidazione del -chetoglutarato a succinil-CoA
CO
CH2
C
O
CH2 COO
OComplesso
dell’-chetoglutaratodeidrogenasi
NAD+NADH + H+
+ CO2
G°’= -33,5 kJ/mole
CoA-SH
S-CoA
CH2
C
CH2 COO
O
Succinil-CoA-chetoglutarato
Quinta tappaConversione del a succinil-CoA a succinato
S-CoA
CH2
C
CH2 COO
O
Succinil-CoAsintetasi
GTP CoA-SH
G°’= -2,9 kJ/mole
GDP + Pi
Succinil-CoASuccinato
CH2
C
CH2
CO
O
O
O
Sesta tappaOssidazione del succinato a fumarato
CH2
C
CH2
CO
O
O
O
Succinatodeidrogenasi
FADH2
G°’= 0 kJ/mole
FAD
FumaratoSuccinato
CH
C
CH
CO
O
O
O
Settima tappaIdratazione del fumarato per produrre malato
CH
C
CH
CO
O
O
OFumarasi
G°’= -3,8 kJ/mole
H2O
Fumarato Malato
CH
C
CH
CO
O
O
O
OH
H
Ottava tappaOssidazione del malato a ossalacetato
CH2
C
C
CO
O
O
O
O
Malatodeidrogenasi
G°’= 29,7 kJ/mole
NAD+
Malato
NADH + H+
Ossalacetato
CH2
C
C
CO
O
O
O
OH H
L’energia liberata dalle ossidazioni viene conservata nel ciclo
reazione Numero di molecole di ATP o di coenzima ridotto formate
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 -chetoglutarato 2 NADH 5
2 -chetoglutarato 2 succinil-CoA 2 NADH 5
2 succinil-CoA 2 succinato 2 ATP (o2 GTP) 2
2 succinato 2 fumarato 2 FADH2 3
2 Malato 2 ossalacetato 2 NADH 5
totale 32
Regolazione del ciclo dell’acido citrico
Citrato
Isocitrato
-chetoglutarato
Succinil-CoA
Succinato
Fumarato
Malato
Ossalacetato
Acetil-CoA
FADH2
GTP(ATP)
NADH
NADH
NADH
1
2
3
4
56
7
8
Piruvato ATP, acetil-CoA, NADH, acidi grassi
AMP, CoA, NAD+, Ca2+Piruvato deidrogenasi
NADH, succinil-CoA, citrato, ATPADP
ATP
Ca2+,ADP
Succinil-CoA, NADH
Ca2+
