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Biochimica del Glc Ch 15 e Ch16 - E

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29/01/14
Capitolo 15
Il catabolismo del glucosio
Copyright © 2013 Zanichelli editore S.p.A.
Capitolo 15
Una panoramica della glicolisi
Conce& chiave 15.1 • 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.
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29/01/14
La glicolisi
Capitolo 15
Una panoramica della glicolisi
Punto di verifica 15.1 • Cosa accade nelle due fasi della glicolisi?
• Quante molecole di ATP sono investite e quante
recuperate per ogni molecola di glucosio che entra nella
via glicolitica?
• Paragonate gli stati di ossidazione del glucosio e del
piruvato. Spiegate perché la glicolisi genera NADH. Capitolo 15
Le reazioni della glicolisi
Conce& chiave 15.2 • 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. 2
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Reazione 1: l'esochinasi utilizza
la prima molecola di ATP
Fosforilazione mediata dal Mg2+
Cambio conformazionale
indotto dal substrato
Esochinasi di lievito PDBids 1IG8 and 3B8A 3
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Reazione 2: la fosfoglucosio isomerasi
Reazione 3: la fosfofruttochinasi
utilizza la seconda molecola di ATP
Reazione 4: l'aldolasi converte il FBP
a 6 atomi di carbonio in GAP e
DHAP a 3 atomi di carbonio
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Reazione 5: la trioso fosfato isomerasi
(TIM)
Fine della I fase
La prima fase della glicolisi
Reazione 6: la GAPDH forma il primo
intermedio “ad alta energia”
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Reazione 7: la fosfoglicerato chinasi
(PGK) produce la prima molecola di ATP
La struttura bilobata della PGK
ricorda quella dell'esochinasi
Fosfoglicerato chinasi di lievito (PGK) PDBid 3PGK Reazione 8: la fosfoglicerato mutasi
(PGM) interconverte tra loro
il 3PG e il 2PG
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Reazione 9: l'enolasi forma il secondo
intermedio “ad alta energia”
Scheda 15.2: Il 2,3-BPG influenza
la capacità di trasportare
l'ossigeno degli eritrociti
Scheda 15-2: il 2,3-BPG influenza
la capacità di trasportare
l'ossigeno degli eritrociti
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Reazione 10: la piruvato chinasi (PK)
produce la seconda molecola di ATP
Diagramma di processo del
meccanismo di reazione della PK
Diagramma di processo del
meccanismo di reazione della PK
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L'idrolisi del PEP
La seconda fase della glicolisi
Capitolo 15
Le reazioni della glicolisi
Punto di verifica 15.2 • Scrivete le reazioni della glicolisi, comprensive di
formule di struttura degli intermedi e dei nomi degli
enzimi che catalizzano le diverse reazioni.
• Riassumete le tipologie dei meccanismi catalitici
coinvolti. I cofattori sono richiesti da ciascun enzima
della via glicolitica?
• Spiegate la logica chimica della conversione del
glucosio a fruttosio prima della scissione dello zucchero
in due molecole operata dall'aldolasi.
• Perché si ritiene che la trioso fosfato isomerasi sia
cataliticamente perfetta?
• In cosa differisce la fosforilazione catalizzata dalle
chinasi rispetto a quella catalizzata dalla GAPDH?
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29/01/14
Capitolo 15
Le reazioni della glicolisi
Punto di verifica 15.2 • Quali sono i composti a elevato potenziale di
trasferimento del gruppo fosforico che sono sintetizzati
durante la glicolisi? • Spiegate la logica chimica nel deidratare il 2fosfoglicerato prima del trasferimento del suo gruppo
fosforico. • Spiegate in che modo l'accoppiamento chimico delle
reazioni endoergoniche con quelle esergoniche è
utilizzato per produrre ATP durante la glicolisi.
• Quali prodotti della glicolisi sono molecole ridotte che
la cellula può ossidare per recuperare energia libera? Capitolo 15
La fermentazione: il destino anaerobico del piruvato
Conce& chiave 15.3 • 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
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La fermentazione omolattica
Meccanismo d'azione dell'LDH
Le cellule di lievito e la
fermentazione alcolica
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Le 2 reazioni della
fermentazione alcolica
Capitolo 15
La fermentazione: il destino anaerobico del piruvato
Punto di verifica 15.3
•  Descrivete i tre possibili destini del piruvato.
•  Paragonate la fermentazione omolattica e la
fermentazione alcolica in termini di prodotti e di cofattori
richiesti.
Capitolo 15
La regolazione della glicolisi
Conce& chiave 15.4 • 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. 12
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Variazioni di energia libera standard e
reali delle reazioni glicolitiche
Diagramma delle variazioni
di energia libera
La PFK è il principale punto di controllo
del flusso della glicolisi nel muscolo
PFK di E. coli PDBid 1PFK 13
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La PFK è regolata allostericamente
Cambiamenti allosterici nella PFK
Bacillus stearothermophilus PDBids 4PFK e 6PFK In un sistema all'equilibrio due enzimi
diversi catalizzano la reazione diretta e
quella inversa
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29/01/14
Il ciclo del substrato regola la PFK
Il ciclo del substrato: il flusso glicolitico
è basso nel muscolo a riposo
Il ciclo del substrato: il flusso glicolitico
è elevato nel muscolo in attività
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Capitolo 15
La regolazione della glicolisi
Punto di verifica 15.4 • Quali enzimi glicolitici sono potenziali punti di controllo
del flusso?
• Descrivete i meccanismi che controllano l'attività della
fosfofruttochinasi.
• Perché l'ATP da solo non è un efficace regolatore
allosterico dell'attività enzimatica?
• Qual è il vantaggio metabolico del ciclo del substrato?
Qual è il suo costo?
Capitolo 16
La gluconeogenesi
Conce& chiave 16.4 • Il fegato e il rene possono sintetizzare glucosio da
lattato, piruvato e amminoacidi. • La gluconeogenesi è per larga parte l'inverso della
glicolisi, in cui la reazione della piruvato chinasi è
sostituita dalle reazioni della piruvato carbossilasi e
della fosfoenolpiruvato carbossichinasi. Le reazioni
della fosfofruttochinasi e dell'esochinasi sono sostituite
da reazioni catalizzate da fosfatasi. • La glicolisi e la gluconeogenesi sono reciprocamente
regolate tramite effetti allosterici, fosforilazioni e
cambiamenti della velocità di sintesi degli enzimi. I precursori non saccaridici del glucosio
devono essere convertiti in ossalacetato
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29/01/14
Glicolisi e gluconeogenesi a confronto
Glicolisi e gluconeogenesi a confronto
Glicolisi e gluconeogenesi a confronto
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29/01/14
La conversione del piruvato a PEP
La reazione catalizzata dalla
piruvato carbossilasi
La reazione catalizzata dalla PEP
carbossichinasi (PEPCK)
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29/01/14
Biotina e carbossibiotinil-enzima
Il cofattore biotina
Il gruppo prostetico del
carbossibiotinil-enzima
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I cicli del substrato nel
metabolismo del glucosio
Il F2,6P attiva la PFK e inibisce la FBPasi
Formazione e degradazione del F2,6P
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Gli eventi metabolici che collegano
una bassa [glucosio] con la
gluconeogenesi nel fegato
Capitolo 16
La gluconeogenesi
Punto di verifica 16.4 • Quali sono i substrati della gluconeogenesi? Qual è il
ruolo degli acidi grassi nella gluconeogenesi?
• Descrivete le reazioni della gluconeogenesi. Quali di
queste non sono condivise dalla glicolisi?
• Qual è il costo energetico netto per sintetizzare una
molecola di glucosio a partire da due molecole di
piruvato?
• Quali sono i potenziali punti di controllo della
gluconeogenesi?
• Descrivete il ruolo del fruttosio-2,6-bisfosfato nel
regolare la gluconeogenesi e la glicolisi.
Capitolo 15
La via del pentosio fosfato
Conce& chiave 15.6 • La via del pentosio fosfato è costituita da tre fasi in cui
viene prodotto NADPH, i pentosi vengono isomerizzati e
gli intermedi glicolitici sono recuperati. • Questa via fornisce NADPH per le biosintesi riduttive e
ribosio-5-fosfato per la biosintesi dei nucleotidi nella
quantità richieste dalla cellula. 21
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La via del pentosio fosfato
La G6PD produce la prima
molecola di NADPH
La 6-fosfogluconato deidrogenasi
produce la seconda molecola di NADPH
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Scheda 15.4: La carenza di
glucosio-6-fosfato deidrogenasi (G6PD)
Scheda 15.4: La carenza di G6PD
Scheda 15.4: La carenza di G6PD
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Scheda 15.4: La carenza di G6PD
Scheda 15.4: La carenza di G6PD
La relazione tra glicolisi e
via del pentosio fosfato
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Capitolo 15
La via del pentosio fosfato
Punto di verifica 15.6 • Scrivete l'equazione complessiva della via del
pentosio fosfato.
• Riassumete le reazioni di ciascuna fase della via.
• Confrontate le reazioni catalizzate dalla transchetolasi
e dalla transaldolasi in termini di substrati, prodotti,
meccanismi e richiesta di cofattori.
• In che modo cambia il flusso della via del pentosio
fosfato in risposta alla richiesta di NADH o di ribosio-5fosfato?
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