Quali effetti potrebbero inibire la glicolisi?

glicolisi è un processo metabolico universale tra gli esseri viventi del mondo. Questa serie di 10 reazioni nel citoplasma di tutte le cellule converte la molecola di zucchero a sei atomi di carbonio glucosio in due molecole di piruvato, due molecole di ATP e due molecole di NADH.
Informati sulla glicolisi.

Nel procarioti, che sono gli organismi più semplici, la glicolisi è davvero l'unico gioco del metabolismo cellulare in città. Questi organismi, quasi tutti costituiti da un'unica cellula con relativamente pochi contenuti, hanno limitato esigenze metaboliche e la glicolisi è sufficiente per consentire loro di prosperare e riprodursi in assenza di competizione fattori. eucarioti, d'altra parte, stendere la glicolisi come una sorta di antipasto necessario prima che il piatto principale della respirazione aerobica entri in scena.

Le discussioni sulla glicolisi spesso si concentrano sulle condizioni che la favoriscono, ad esempio substrato adeguato e concentrazione di enzimi. Meno spesso menzionate, ma anche importanti, sono cose che potrebbero essere progettate

Il glucosio è uno zucchero a sei atomi di carbonio con la formula C₆H₁₂oh₆. (Divertente curiosità sulle biomolecole: ogni carboidrato – che sia uno zucchero, un amido o una fibra insolubile – ha la formula chimica generale C_noH_2Noh_no.) Ha massa molare di 180 g, simile agli amminoacidi più pesanti in termini di dimensioni. È in grado di diffondere liberamente dentro e fuori la cellula attraverso la membrana plasmatica.

Il glucosio è un monosaccaride, il che significa che non viene prodotto combinando zuccheri più piccoli. Il fruttosio è un monosaccaride, mentre il saccarosio ("zucchero da tavola") è un disaccaride assemblato da una molecola di glucosio e una molecola di fruttosio.

In particolare, il glucosio ha la forma di un anello, rappresentato come un esagono nella maggior parte dei diagrammi. Cinque dei sei atomi dell'anello sono glucosio, mentre il sesto è ossigeno. Il carbonio numero 6 si trova in un metile (–CH₃) gruppo fuori ring.

La formula completa per la somma delle 10 reazioni della glicolisi è:

C₆H₁₂oh₆ + 2 NAD⁺ + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH₃(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺

In parole, ciò significa che una molecola di glucosio viene convertita in due molecole di glucosio, generando 2 ATP e 2 NADH (la forma ridotta di nicotinammide adenina dinucleotide, un comune "vettore di elettroni" in biochimica).

Si noti che non è richiesto ossigeno. Sebbene il piruvato continui quasi invariabilmente a essere consumato nelle fasi aerobiche della respirazione, la glicolisi si verifica allo stesso modo negli organismi aerobici e anaerobici.

La glicolisi è classicamente divisa in due parti: una "fase di investimento", che richiede 2 ATP (adenosina trifosfato, la "fase di investimento" valuta" delle cellule) per modellare la molecola di glucosio in qualcosa con una grande quantità di energia potenziale, e un "profitto" o "raccolta" fase, in cui vengono generati 4 ATP attraverso la conversione di una molecola a tre atomi di carbonio (gliceraldeide-3-fosfato o GAP) in un'altra, piruvato. Ciò significa che viene generato un totale di 4 -2 = 2 ATP per molecola di glucosio.

Quando il glucosio entra in una cellula, viene fosforilato (cioè ha un gruppo fosfato attaccato ad esso) sotto l'azione dell'enzima esochinasi. Questo enzima, o catalizzatore proteico, è tra i più importanti degli enzimi regolatori della glicolisi. Ognuna delle 10 reazioni nella glicolisi è catalizzata da un enzima e quell'enzima a sua volta catalizza solo quella reazione.

Il glucosio-6-fosfato (G6P) risultante da questa fase di fosforilazione viene quindi convertito in fruttosio-6-fosfato (F6P) prima che si verifichi una seconda fosforilazione, questa volta nella direzione di fosfofruttochinasi, un altro enzima regolatore critico. Ciò si traduce nella formazione di fruttosio-1,6-bisfosfato (FBP) e la prima fase della glicolisi è completa.

Il fruttosio-1,6-bisfosfato è suddiviso in una coppia di molecole a tre atomi di carbonio, diidrossiacetone fosfato (DHAP) e gliceraldeide-3-fosfato (GAP). Il DHAP viene rapidamente convertito in GAP, quindi l'effetto netto della scissione è la creazione di due molecole identiche a tre atomi di carbonio da una molecola a sei atomi di carbonio.

Il GAP viene quindi convertito dall'enzima gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi in 1,3-difosfoglicerato. Questo è un passo impegnativo; NAD⁺ viene convertito in NADH e H⁺ usando atomi di idrogeno strappati dal GAP, e quindi la molecola viene fosforilata.

Nei restanti passaggi, che trasformano l'1,3-difosfoglicerato in piruvato, entrambi i fosfati vengono rimossi in sequenza dalla molecola a tre atomi di carbonio per generare ATP. Poiché tutto dopo la scissione di FBP avviene due volte per molecola di glucosio, ciò significa che 2 NADH, 2 H⁺ e 4 ATP sono generati nella fase di ritorno, per un netto di 2 NADH, 2 H⁺ e 2 ATP.
Maggiori informazioni sul risultato finale della glicolisi.

Tre degli enzimi che partecipano alla glicolisi svolgono un ruolo importante nella regolazione del processo. Due, esochinasi e fosfofruttochinasi (o PFK), sono già stati menzionati. Il terzo, piruvato chinasi, è responsabile della catalizzazione della reazione di glicolisi finale, la conversione del fosfoenolpiruvato (PEP) in piruvato.

Ciascuno di questi enzimi ha attivatori così come inibitori. Se hai familiarità con la chimica e il concetto di inibizione del feedback, potresti essere in grado di prevedere le condizioni che portano un dato enzima ad accelerare o rallentare la sua attività. Ad esempio, se una regione di una cellula è ricca di G6P, ti aspetteresti che l'esochinasi cerchi in modo aggressivo le molecole di glucosio che vagano? Probabilmente non lo faresti, perché in queste condizioni non c'è bisogno urgente di generare G6P aggiuntivo. E avresti ragione.

Mentre l'esochinasi è inibita da G6P, è attivata da AMP (adenosina monofosfato) e ADP (adenosina difosfato), così come PFK e piruvato chinasi. Questo perché livelli più alti di AMP e ADP generalmente significano livelli più bassi di ATP e quando l'ATP è basso, l'impulso affinché si verifichi la glicolisi è alto.

La piruvato chinasi è anche attivata dal fruttosio-1,6-bisfosfato, il che ha senso, perché un eccesso di FBP implica che un intermedio della glicolisi si sta accumulando a monte e che le cose devono accadere più velocemente alla fine del processi. Inoltre, il fruttosio-2,6-bisfosfato è un attivatore di PFK.

L'esochinasi, come notato, è inibita da G6P. La PFK e la piruvato chinasi sono entrambe inibite dalla presenza di ATP per lo stesso motivo fondamentale per cui sono attivate da AMP e ADP: lo stato energetico della cellula favorisce una diminuzione della velocità di glicolisi.

PFK è anche inibito da citrato, un componente del ciclo di Krebs che si verifica a valle della respirazione aerobica. La piruvato chinasi è inibita da acetil-CoA, che è la molecola in cui viene convertito il piruvato dopo la fine della glicolisi e prima del ciclo di Krebs inizia (infatti, l'acetil CoA si combina con l'ossalacetato nella prima fase del ciclo per creare citrato). Infine, l'aminoacido alanina inibisce anche la piruvato chinasi.

Ci si potrebbe aspettare che altri prodotti della glicolisi oltre a G6P inibiscano l'esochinasi, poiché la loro presenza in quantità significative sembra indicare una ridotta necessità di G6P. Tuttavia, solo G6P stesso inibisce l'esochinasi. Perchè è questo?

Il motivo è abbastanza semplice: G6P è necessario per vie di reazione diverse dalla glicolisi, incluso lo shunt pentoso fosfato e sintesi del glicogeno. Pertanto, se molecole a valle diverse dal G6P potessero impedire all'esochinasi di svolgere il suo lavoro, queste altre vie di reazione rallenterebbe anche per mancanza di G6P che entra nel processo, e rappresenterebbe quindi una sorta di danno collaterale.