Glicolisi, Gluconeogenesi e Anemia Emolitica: Processi Metabolici e Impatto

Glicolisi: Panoramica Iniziale

GLICOLISI Pyruvate 0 C I C=0 CH3 OH OH HO OH 0 C 1 C=0 I NADH ATP ATP Glucose CH2OH NADH ATP ATP OH ATP ATP CH3Alimenti: Amido Saccarosio, lattosio, ecc Riserva energetica glicogeno Fegato e muscolo - depositi Sintesi acidi Glucosio Fonte di energia nucleici ossidazione tramite la via dei pentosio fosfato ossidazione tramite la glicolisi (catabolismo) Tutte le cellule Ribosio 5-fosfato PiruvatoCATABOLISMO DEL GLUCOSIO E RESPIRAZIONE Brooks Cole - Thomson Learning Ilitochondrion NAD+, FAD Glucose STEP 1 Glycolysis PyTUVALE NADH ATP ITEP (2) Acetyl-CoA formation Acetyl-Co.A. NADH STEP 3 Citric acid cycle GTP. NADH, FADH ATP STEP 4 Electron transport and oxidative phosphorylation ATP H2O Cytosol (inside a cell) O2 Glicolisi Catena di trasporto degli elettroni Ciclo di KrebsMAPPA METABOLICA una via metabolica la glicolisi la glicolisi

Mappa Metabolica Dettagliata

HYALURONC ACID DERMATAN GLIO GANGLIOS TIDO- MUČINE CHITIN CHONDROITIN PECTI 412.18 COD UDF-N-Ac-Muranaja kuronate CMP-N-Acetyl neur amina te 91.3.12 201.1 1.1.1.118 N-Ac-Hayraninate "UDF-NAC- Galaciosamine UDF- IGalacture UDF-N-Ac- 41330 Glucosamine pyruvate N-Ac-Manrosanine-6-F UDF-Glucuronal 4132 TWOwww Gulonate 1.11.1º Glucuronate - 1115 - Inositol 11.1.18 MOCK 4 Gulonolactone 1.117 2-Oxogulondacione AS CORBATE 1.10.1 3-Dehydrogulonais 11.1.042 3-Dicoogulonate Dehydroascor bate auzHou È la via centrale del Xylitol 21. +D-Xylose -H D-RIbose L-Lyxone- catabolismo del glucosio H 25 2; H+ Glycolysis (a) Glucose HO-CH2 5 0 H H first priming reaction 1 hexokinase HO OH ADP H 2 ÓH Glucose 6-phosphate P-O-CH2 O H H 2 isomerase HỒ OH H OH Fructose 6-phosphate P-O-CH. O. CH2-OH second ATP phosphofructokinase OH priming 3 reaction ADP Fructose 1,6-bisphosphate P-O-CH2_O CH2-0-P cleavage of 6-carbon sugar aldolase OH H phosphate to two 3-carbon 4 sugar phosphates 0 Glyceraldehyde 3-phosphate P-O-CH2-CH-C + OH H Dihydroxyacetone phosphate P-O-CH2-C-CH2OH 5 - triose phosphate isomerase (b) Payoff phase abino.4814 Dehydro:31.l" De hydro quinste 11.1.20 5h Glyceraldehyde 3-phosphate (2) P-O-CH2-CH-C / 2P: 2NAD+ 6 > 2 NADH + H+ 1,3-Bisphosphoglycerate (2) P-O-CH2-CH-C -P first ATP- 2ADP forming reaction phosphoglycerate kinase (substrate-level phosphorylation) 2 ATP 3-Phosphoglycerate (2) P-O-CH2-CH-C ÒH o 8 L-Xylose D-ArabinossJILL DR bukose 2.2.1.42 -0 2-Phosphoglycerate (2) CH2-CH-C OH 0 9 > 2H2O P Phosphoenolpyruvate (2) second ATP- 2ADP O pyruvate kinase forming reaction 10 1 2 ATP phosphorylation) Pyruvate (2) CH2- o 1 NIM - D-R bose-5-F NIL H d-ATF Betaine FOLK 11 ElDopami o-Tocoph metepinephrine ty- 4-OH-3-Methoxy- phenylglycol" Plas toqui 32 Formyl Formyl 5- Ar glycinamide-R F glycinamidine-R F Imidazo Urea Allantoate -- Allantoin JE Cycli AMPLATP_ d-ADF Dimethy Iglycind 43.1.28 TRYPTOPHAN Indole-3-gly ite-3-P 12 __ Maleyl 1111 Honogentante acetoacetate oxidation and phosphorylation glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GPD) H Oxidative conversion of glyceraldehyde 3-phosphate to pyruvate and the coupled formation of ATP and NADH Indole 5-Hydroxy- 11.1.36, try piophan hey de 1.16.16.4 EB 11.00.1 Formyllyrarenina- ruvate ö Preparatory phase H ATP 4 1 OH H Phosphorylation of glucose and its conversion to glyceraldehyde 3-phosphate H phosphohexose OH H H HO OH H H HỌ H OH NAD( P) Nicoti din Estate In dowcy I L-Xylulose 3.7.111 L-Xylulone-5-7 enolase R bttol -0 CH2=C-C P (substrate-level phosphoglycerate mutase C L-Arabitol -UDF-H-Ac-Glucosamina N-Ac-Glucosamine-1 N-Ac-Mannoianing 1.1.314 Ti

Glicolisi: Definizione e Processo

6GLICOLISI Glykys = dolce, Lysis = scissione 2 NADT 2 NADH +2 H 6C 2×3C glucosio 2 ADP + 2 P 2 ATP 2 molecole di acido piruvico

• Una molecola di glucosio (6C) è degradata mediante una serie di reazioni catalizzate da enzimi che producono due molecole di piruvato (3C)
• E' una via catabolica => degradativa, ossidativa, esoergonica
• Viene attivata in condizioni di bassa carica energetica della cellula
• Parte dell'energia rilasciata dalla via metabolica viene recuperata sotto forma di 2 molecole di ATP e 2 di NADH
• Fase anaerobica della respirazione cellulare: non richiede ossigeno

Glicolisi: Localizzazione e Reazioni

GLICOLISI 2x Pyruvate o O C CH2OH C=0 NADH CH3 OH OH HO OH ATP O O OH C ATP ATP C=0 NADH ATP ATP ATP CH3 Glucose ATP ATP

• Avviene nel citoplasma di tutte le cellule
• Per alcuni tessuti e cellule è la principale (o unica) via di produzione di energia: eritrociti

Il prodotto di una reazione è il substrato della reazione successiva

Glucosio 6-P Glucosio 11 Fruttosio 6-P Fruttosio 1,6-bis-P Gliceraldeide 3-P Diidrossi- acetone-P 1,3-bisfosfoglicerato 11 3-fosfoglicerato 11 2-fosfoglicerato ogni reazione è catalizzata da un'enzima specifico Fosfoenolpiruvato Piruvato 10 reazioni, ciascuna catalizzata da uno specifico enzima! Video - Glicolisi: https://youtu.be/8Kn6BVGqKd8

Glicolisi: Fosforilazione del Glucosio

GLICOLISI

• Il glucosio entra nella cellula con un trasportatore e viene successivamente fosforilato in una reazione irreversibile (esochinasi)

Tutti gli intermedi della glicolisi sono fosforilati Perché?

• Perché fosforilati non possono uscire dalla cellula

Glucose I NTH1 CCCCCC glucosio ATP 1 esochinasi ADP glucosio 6-fosfato 2 CCCCCCP fruttosio 6-fosfato ATP 3 ADP fruttosio 1,6-difosfato 4 2 CCCP gliceraldeide 3-fosfato (PGAL) 2NAD 52P 2NADH + 2H* 2PCCCP acido 1,3-difosfoglicerico (DPG) 2ADP 6 2ATP 2CCCP acido 3-fosfoglicerico (PGA) 7 2CCCP acido 2-fosfoglicerico 8 \H2O 2CCCP 9 2ATP 20CC acido piruvico acido fosfoenolpiruvico (PEP) 2ADP

Fasi della Glicolisi: Preparatoria e di Recupero

GLICOLISI La glicolisi avviene in due fasi:

• 1. FASE PREPARATORIA (consumo di energia)
• 2. FASE DI RECUPERO ENERGETICO (produzione di energia)

GLYCOLYSIS ENERGY INVESTMENT Glucose 1×6C 2 ATP 2 ADP - P P Gliceraldeide 3-P ® P ® P ENERGY PAYOFF ® ® ® ® NAD+ NAD+ NADH + H+ NADH + H+ 2 ADP 2 ADP 2 ATP 2 ATP Pyruvate 2×3C 4 ATP formed - 2 ATP used Glucose 2 NAD+ + 4e + 4H+ NET I 1 2 ATP 2 Pyruvate + H,O 2 NADH + 2H+

Fase Preparatoria della Glicolisi

1. FASE PREPARATORIA:

• Fosforilazione e scissione glucosio in due molecole di gliceraldeide 3-P
• Vengono spesi due molecole di ATP per aumentare il contenuto energetico degli intermedi della via metabolica

Fase di Recupero Energetico della Glicolisi

2. FASE DI RECUPERO ENERGETICO:

• Conversione ossidativa della gliceraldeide 3-P (2) in piruvato (2), accoppiata alla formazione di quattro ATP e due NADH

Bilancio netto: Glc -> 2 Piruvato 2 ADP + P > 2 ATP 2NAD+ 2NADH

Regolazione della Velocità della Glicolisi

REGOLAZIONE DELLA VELOCITÀ DELLA GLICOLISI

• E' una via catabolica > ossidativa, esoergonica
• Viene attivata in condizioni di bassa carica energetica della cellula

2 ADP 2 Carica energetica cellulare: bilancio tra le concentrazioni di ATP e ADP ATP N 2 (P) 2 Glucose Pyruvic acid 2 NAD+ 2 NADI + 2 H alta carica energetica: [ATP] 11 inibizione glicolisi bassa carica energetica: [ADP] 1 attivazione glicolisi Rigenerazione del NAD+: [NADH] 1 inibizione glicolisi

• Inibita da G6P e da citrato (primo intermediario del Ciclo di Krebs): feedback negativo
• Regolazione attraverso tre enzimi chiave (chinasi) allosteriche che catalizzano reazioni irreversibili Video - The reactions: https://youtu.be/hDq1rhUkV-g?si=vSV7czuOm Olei8G

Bilancio Complessivo della Glicolisi

GLICOLISI BILANCIO COMPLESSIVO

• La reazione complessiva nella trasformazione del glucosio in piruvato è : Glucosio + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P; → 2 piruvato + 2 NADH + 2 ATP
• Nella conversione del glucosio in due molecole di piruvato vengono prodotte due molecole di ATP e due di NADH
• Se la glicolisi si arrestasse a livello del piruvato non procederebbe a lungo ... il NAD+ deve essere rigenerato!

Destini del Piruvato

DESTINI DEL PIRUVATO Destino del piruvato? Assenza di ossigeno Presenza di ossigeno (in cellule con mitocondri) Fermentazione Respirazione cellulare lattica alcolica Lattato Acetaldeide Etanolo 1 Acetil-CoA 2 Ciclo di Krebs +

Respirazione Cellulare e Fermentazione

DESTINI DEL PIRUVATO Glucosio NAD+ glicolisi NADH Condizioni aerobiche (presenza di O2) Piruvato NAD+ Fosforilazione ossidativa NADH ATP !!! ATP!NTP !!! ATP !!! Ciclo di Krebs NADH Fermentazione lattica ^NAD+ CO2 H2O Lattato

Respirazione Cellulare

RESPIRAZIONE CELLULARE:

• Ossidazione completa
• Prodotti di scarto: H2O, CO2
• Energia netta: 32 ATP per molecola di Glc

Fermentazione: Via Metabolica Anaerobica

DESTINI DEL PIRUVATO La fermentazione è una via metabolica che permette agli esseri viventi di ricavare energia in assenza di ossigeno, permettendo la rigenerazione del NAD+ attraverso un processo di riossidazione anaerobico del NADH affinché proceda la glicolisi Glucosio NAD+ glicolisi NADH Piruvato NAD+ Condizioni anaerobiche (assenza di O2 e cellule senza mitrocondri) Fosforilazione ossidativa NADH Ciclo di Krebs NADH Fermentazione lattica NAD+ CO2 H2O Lattato

Caratteristiche della Fermentazione

FERMENTAZIONE

• Ossidazione incompleta
• Prodotto di scarto: acido lattico
• Energia netta: 2 ATP per molecola di Glc

Fermentazione Lattica

FERMENTAZIONE LATTICA

• In tessuti scarsamente ossigenati e in assenza di mitocondri (globuli rossi)
• Alta attività fisica lattato aumento glicolisi anaerobica => produzione 2 ADP + 2 Pi 2 ATP Glucosio GLICOLISI 0- - C=0 I 2 NAD+ 2 NADH + 2 H+ C=0 2 Piruvato H-C-OH I RIGENERAZIONE DI NAD+ CH3 2 Lattato Lattato deidrogenasi (b) Fermentazione lattica Citoplasma Link video GLICOLISI: https://youtu.be/eNOJhnzjmbE FERMENTAZIONE: https://www.youtube.com/watch?v=bdzkbzscQm8&ab_channel=Professor Dave Explains c=0 - CH3

Confronto: Respirazione Aerobica e Anaerobica

FERMENTAZIONE LATTICA Aerobic respiration alam alamı Glucose Acido piruvico Cell membrane CO2 + H2O O2 2 Mitochondrion ATP ATI ATP Respirazione aerobica: ATP ATP Respirazione anaerobica: · Nei mitocondri · Produce CO2, H2O e tanto ATP Cell membrane Lactic acid ATP Eccesso di lattato: pH · Nel citoplasma · Produce acido lattico e poco ATP Video: La sorprendente ragione perché i vostri muscoli diventano stanchi: https://youtu.be/rLsimrBoYXc?si=tFehMp_LSW82Bb Anaerobic respiration Glucose + O2 Acido piruvico

Fermentazioni e Biotecnologia

FERMENTAZIONI & BIOTECNOLOGIA Fermentazione alcolica: · svolta dai lieviti · produce etanolo dal piruvato 2 ADP + 2Pi 2- ATP C=0 c=0 Glucosio GLICOLISI CH3 Piruvato decarbossilasi 2 Piruvato 2 NAD+ 2 NADH 2 CO2 + 2 H+ >I- H-C-OH 1 RIGENERAZIONE DI NAD+ Ī CH3 CH3 Alcol deidrogenasi 2 Etanolo 2 Acetaldeide (a) Fermentazione alcolica Le fermentazioni dei microbi generano molti prodotti di interesse industriale · vino, birra · yogurt, formaggi · acido formico, acetico propionico, succinico, · metanolo, isopropanolo, butanolo · glicerolo Video - Fermentazioni lattica e alcolica: https://youtu.be/TM0vrBrDXj0?si=jNqSXWo3s-kw-Rvb H - c=0