Riassunto del metabolismo glucidico – Biochimica

IL METABOLISMO GLUCIDICO

Le vie metaboliche del glucosio: esse sono sia aerobiche che anaerobiche, come sono sia cataboliche che anaboliche. I processi catabolici sono la respirazione cellulare, di tipo aerobico, e la fermentazione, che avviene in condizioni anaerobiche, entrambi producono energia a partire dal piruvato, una molecola prodotta dalla scomposizione del glucosio mediante glicolisi. I processi anabolici invece sono la gluconeogenesi, che in situazioni di necessità genera glucosio da metaboliti semplici, e la glicogenosintesi, operata dai muscoli e dal fegato che accumulano il glucosio sotto forma di glicogeno.

La glicolisi: avviene in condizioni anaerobiche e consiste nella scissione di una molecola di glucosio in due molecole di piruvato (CH₃-CO-COOH), generando 2 ATP e 2NADH+2H⁺. Essa avviene nel citoplasma ed è composta da 10 reazioni consecutive. Si estrae un totale del 6% dell’energia chimica del glucosio. Essa avviene in due fasi, ognuna di cinque tappe. La prima fase, preparatoria o di investimento, consuma 2ATP per trasformare il il glucosio, mediante l’esochinasi e poi la fosfofruttochinasi, in gliceraldeide-3-fosfato. Nella seconda fase, di rendimento/recupero, la gliceraldeide-3-fosfato viene trasformato in due molecole di piruvato, vengono prodotte 4ATP e 2NADH+2H⁺. L’esochinasi è inibita da un alta concentrazione del suo prodotto, e nel fegato è sostituito dalla glicochinasi nel fegato. La fosfofruttochinasi è attivata dall’ADP ed inibita dall’ATP.

La fermentazione: processo catabolico del piruvato in condizioni anaerobiche.

  • Fermentazione lattica: è effettuata dalle cellule muscolari sotto particolari condizioni di sforzo, oltre che da alcuni batteri come i lattobacilli (simbionti gastrointestinali). Il piruvato viene ridotto ad acido lattico 8acido 2-idrossopropanoico o CH₃-CHOH-COOH) ed il NADH viene riossidato a NAD⁺. Dalle cellule muscolari, l’acido lattico arriva alle cellule epatiche dove viene riconvertito in piruvato
  • Fermentazione propionica: utilizzata per la produzione di formaggi (asiago, groviera), converte l’acido lattico in acido propionico, acido acetico e CO₂.
  • Fermentazione alcolica: usata per la lievitazione del pane e la vinificazione del mosto. Il piruvato perde un carbonio e poi viene ridotto ad etanolo (CH₃CH₂OH).
  • Fermentazione acetica: l’etanolo viene trasformato in acido acetico dagli acetobatteri

La gluconeogenesi: è un processo anabolico che genera glucosio a partire da metaboliti più semplici come piruvato, lattato, glicerolo e amminoacidi. Esso è un processo altamente endoergonico ed avviene nel fegato in condizioni di digiuno. Avviene in dieci tappe ma non è l’inverso della glicolisi.

La respirazione cellulare: è una fase terminale del metabolismo, in quanto demolisce legami chimici di sostanze quali glucosio, acidi grassi e amminoacidi (es: alanina) a scopo energetico. Avviene in tutte le cellule fornite di mitocondri; i globuli rossi ne sono quindi esclusi. Esso si svolge in tre fasi:

  • Produzione di Acetil-CoA e CO₂: grazie alla piruvato deidrogenasi all’interno dei mitocondri, il piruvato prodotta attraverso la glicolisi (glucosio), la beta-ossidazione (acidi grassi) e la deamminazione ossidativa (amminoacidi), viene decarbossilato. Viene quindi unito al coenzima A, prodotto di sintesi tra vitamina B5 e l’amminoacido cisteina, diventando acetil-CoA.
  • Ciclo di Krebs: detto anche dell’acido citrico o degli acidi tricarbossilici, è una via anfibolica che produce NADH e FADH₂ (potere riducente), e allo stesso tempo produce gruppi precursori per amminoacidi, acidi grassi e eme (emoglobina, citocromi, ecc…). Da un acetil-CoA si producono 2CO₂, 3NADH+3H⁺, FADH₂ e GTP.
  • Fosforilazione ossidativa: mediante una catena di trasporto degli elettroni, basata su NADH+H⁺ e FADH₂, vengono accumulati ioni H⁺ nello spazio intermembrana, generando un gradiente elettrochimico dovuto alla differenza chemiosmotica. La catena di trasporto si basa su una sequenza di ossidoriduzioni che avvengono in quattro complessi proteici. L’accettatore finale è sempre l’ossigeno. Come ipotizzato da Mitchell nel 1961, con la teoria chemiosmotica, i protoni ritornano nella matrice attraverso il canale della sub-unità F₀ del complesso proteico ATP sintetasi, nel quale viene mosso un rotore che trasmette il movimento alla sub-unità F₁, dove avviene la sintesi di ATP a partire da ADP e Pi. Da un NADH+H⁺ si ottengono 2ATP, mentre da un FADH₂ se ne ottengono 1,5. La fosforilazione ossidativa può essere bloccata da Cianuro e CO (impedisce la catena di trasporto), oligomicina (blocca ATP sintetasi) e DNP (o dinitrofenolo, dissipa gradiente protonico).

Bilancio globale dal glucosio alla fosforilazione:

  • Glicolisi (citosol): glucosio -> 2acido piruvico + 2 ATP + 2NADH+2H⁺
  • Decarbossilazione ossidativa (mitocondri): 2acido piruvico -> 2acetil-CoA + 2CO₂ + 2NADH+2H⁺
  • Ciclo di Krebs (mitocondri): 2acetil-CoA -> 4CO₂ + 2ATP + 6NADH+6H⁺ + 2FADH₂

Fosforilazione ossidativa (mitocondri): 10NADH+10H⁺+2FADH₂ +6O₂ -> (25+3)ATP + 12H₂O