Molecola del Mese di David S. Goodsell e Mauro Tonellato Trad. di Mauro Tonellato

Enzimi Glicolitici

Indice 2004

Enzimi Glicolitici
Il glucosio dà energia a tutte le nostre cellule. E' una molecola combustibile conveniente perché è stabile e solubile, quindi facile da trasportare attraverso il sangue. Il glucosio viene immagazzinato nel fegato sotto forma di glicogeno e da qui viene trasportato in tutte le cellule che lo possono utilizzare rapidamente per ricavarne energia. Il glucosio può essere bruciato all'aria in una provetta formando anidride carbonica, acqua, luce e calore. Anche le nostre cellule bruciano glucosio, ma lo fanno in una serie di tappe piccole e ben controllate, così possono catturare l'energia della reazione in una forma più facilmente utilizzabile, come ATP (adenosina trifosfato). La glicolisi (scissione dello zucchero) è il primo processo nella combustione cellulare del glucosio.

La Scissione dello Zucchero
La glicolisi sottopone una molecola di glucosio ad una serie di dieci trasformazioni chimiche in sequenza che alla fine producono due molecole di acido piruvico, 2 ATP e 2 NADH (nicotinamide adenina dinucleotide in forma ridotta) secondo la seguente reazione semplificata:

Durante questo processo, il glucosio dapprima viene legato a due fosfati (consumando due molecole di ATP), poi è tagliato in due frammenti, e infine isomerizzato e disidratato. Si ottengono così due molecole di acido piruvico e vengono liberate quattro molecole di ATP. In totale, la glicolisi produce due molecole di ATP nuove usando l'energia di questa demolizione parziale del glucosio. L'ATP viene usato per dare energia ai processi molecolari in tutta la cellula. Inoltre, una delle reazioni della glicolisi estrae anche due ioni idruro (ioni idrogeno negativi) dalle molecole di zucchero, sotto forma di due NADH, che possono essere usati per riduzioni biochimiche o per creare nuova energia chimica.

Dopo la Glicolisi
Il sesto enzima della glicolisi rimuove uno ione idruro dallo zucchero, trasferendolo ad una molecola trasportatrice di idruro, il NAD+ (nicotinamide adenina dinucleotide) che viene trasformato in NADH. Se la cellula non mettesse in moto altre reazioni in grado di riconvertire il NADH in NAD+, questo sarebbe subito esaurito e la glicolisi si fermerebbe all'istante. Le cellule hanno sviluppato molti modi diversi per ossidare il NADH in NAD+:
1) Molte cellule, inclusa la maggior parte delle nostre, fanno reagire il NADH con l'ossigeno O2 per formare acqua, producedo così molto ATP attraverso una serie di reazioni chiamate catena respiratoria e fosforilazione ossidativa (si veda la Molecola del mese Citocromo C Ossidasi). Questo processo è noto come respirazione cellulare.
2) Le cellule di lievito usano un altro enzima (si veda la Molecola del mese Alcol Deidrogenasi) per trasferire gli ioni idruro dal NADH ai frammenti stessi prodotti dalla glicolisi. Così l'acido piruvico prima perde CO2 formando acetaldeide, questa viene poi ridotta dal NADH formando alcol etilico che è espulso dalla cellula. Ogni volta che beviamo una birra o un bicchiere di vino, beviamo alcol prodotto attraverso questo processo, conosciuto come fermentazione alcolica.
3) I muscoli sotto sforzo intenso che si stanno contraendo troppo velocemente non riescono ad avere dal sangue abbastanza ossigeno per continuare la loro azione, quindi trasferiscono lo ione idruro dal NADH all'acido piruvico, il prodotto finale dalla glicolisi, per formare acido lattico. Questo processo è noto come fermentazione lattica. Durante un'intensa attività anaerobica, l'acido lattico si accumula nei muscoli, e li obbliga al riposo. Così l'acido lattico può essere eliminato e riconvertito in glucosio quando l'ossigeno diviene ancora disponibile.

I Magnifici Dieci
La glicolisi è un processo estremamente affascinante che si realizza in dieci tappe ognuna governata da un enzima diverso. Questi enzimi si sono perfezionati nel corso dell'evoluzione per realizzare rapidamente ed efficientemente i loro diversi compiti chimici: aggiungere, rimuovere, e spostare atomi senza commettere errori. Il processo è attentamente regolato, così il glucosio viene degradato solamente quando c'è bisogno di energia. Nella glicolisi, si trovano esempi di enzimi allosterici che cambiano forma durante il loro funzionamento; enzimi che formano legami covalenti con i loro substrati durante la reazione; ed enzimi che usano ioni metallici o molecole organiche per completare la propria azione. Alcuni di questi enzimi sono così efficienti che lavorano più velocemente del ritmo con il quale le molecole di zucchero possono arrivare a loro. L'intero processo è sottoposto a regolazione enzimatica così che ogni passo procede facilmente, ma non in modo incontrollato, verso l'obbiettivo di catturare l'energia della demolizione ossidativa del glucosio.

Avanti: Tappa 1: Esochinasi