Il La glicolisi contiene nell'uomo e in quasi tutti gli organismi multicellulari una ripartizione controllata biocataliticamente degli zuccheri semplici come il D-glucosio.
Il processo di degradazione e conversione del glucosio in piruvato avviene in dieci fasi successive e può avvenire in egual modo in condizioni aerobiche e anaerobiche.
La glicolisi viene utilizzata per generare energia e il piruvato fornisce una prima fase preliminare per la sintesi biochimica di alcune sostanze. La scomposizione dei carboidrati di qualità superiore (più zuccheri) passa anche attraverso la glicolisi dopo essere stata scomposta in zuccheri semplici.
Cos'è la glicolisi?
La glicolisi è un processo metabolico centrale per la scomposizione dello zucchero semplice D-glucosio e avviene all'interno delle cellule nel citosol, la parte liquida del plasma cellulare. Il processo di degradazione avviene in 10 singole fasi successive controllate enzimaticamente. I prodotti finali dell'equilibrio totale della glicolisi per molecola di glucosio sono 2 molecole di piruvato, 2 nucleotidi ATP e 2 nucleotidi NADH.
Le 10 singole fasi possono essere suddivise in due fasi, la fase di preparazione dalla fase 1 alla fase 5 e la fase di ammortamento dalla fase 6 alla 10. La fase di preparazione è energeticamente negativa per il metabolismo, quindi è necessario fornire energia sotto forma di 2 ATP. Solo la fase di ammortamento è energeticamente positiva, quindi a conti fatti si ha un guadagno energetico sotto forma di 2 nucleotidi ATP e 2 nucleotidi NADH.
Nelle prime due fasi della glicolisi, al glucosio vengono trasferiti 2 gruppi fosfato, che provengono da 2 nucleotidi ATP (adenosina trifosfato) e che vengono quindi convertiti in nucleotidi ADP (adenosina difosfato).
Mentre la glicolisi fino alla formazione del piruvato è indipendente dal fatto che prevalgano condizioni ossiche (aerobiche) o anossiche (anaerobiche), l'ulteriore metabolismo del piruvato dipende dalla disponibilità o meno dell'ossigeno. Tuttavia, in senso stretto, gli ulteriori processi di degradazione e conversione non appartengono più alla glicolisi.
Funzione e compito
La glicolisi è uno dei processi metabolici centrali più importanti e più frequenti che avvengono all'interno di una cellula. Il compito e la funzione della glicolisi consiste nel metabolismo energetico e materiale dello zucchero semplice D-glucosio.
L'ATP, che si ottiene come parte del metabolismo energetico con l'aggiunta di energia e il trasferimento di un gruppo fosfato a un nucleotide ADP, funge da vettore energetico e fornitore di energia. Il percorso attraverso l'ATP ha il vantaggio che l'energia viene immagazzinata brevemente e non viene persa attraverso la dissipazione del calore. Inoltre, l'ATP può essere portato nel luogo in cui è necessaria l'energia su brevi distanze.
La glicolisi energeticamente positiva fornisce anche piruvato alla cellula. Può essere introdotto nel ciclo dell'acido citrico e nella successiva catena respiratoria “consumando” ossigeno in condizioni ossiche nei mitocondri delle cellule per un'ulteriore generazione di energia, oppure può essere utilizzato come materiale di partenza per la sintesi delle sostanze richieste.
I principali prodotti di degradazione nel ciclo dell'acido citrico sono CO2 (anidride carbonica) e H2O (acqua). L'energia rilasciata durante il processo di ossidazione viene utilizzata nella catena respiratoria per fosforilare l'ADP in ATP e viene quindi immagazzinata per un breve periodo.
La completa scomposizione del glucosio in acqua e anidride carbonica con l'aggiunta di ossigeno è energeticamente più produttiva, ma ha lo svantaggio che può avvenire solo in condizioni ossiche, cioè in condizioni in cui l'ossigeno molecolare è disponibile in quantità sufficienti. Quando è richiesta un'alta prestazione dei muscoli scheletrici, l'apporto di ossigeno alle cellule muscolari è troppo lento, così che devono trarre l'energia necessaria dalla glicolisi.
Un altro vantaggio della glicolisi è la sua elevata velocità di processo, che è molte volte la velocità di conversione all'interno del ciclo dell'acido citrico.
Malattie e disturbi
La glicolisi incarna uno dei processi metabolici più antichi e stabili degli organismi viventi in termini evolutivi. La glicolisi è stata probabilmente sviluppata come uno dei processi metabolici di base 3,5 miliardi di anni fa, molto prima dello sviluppo degli organismi multicellulari, perché tutti gli organismi sono capaci di glicolisi e la usano per generare energia.
Sono noti solo pochi disturbi o malattie che sono esplicitamente associati a un disturbo della glicolisi. I disturbi nel processo di glicolisi portano principalmente a gravi effetti sui globuli rossi (eritrociti).
Poiché non contengono mitocondri, fanno affidamento sulla fornitura di energia attraverso la glicolisi. Se l'apporto di energia è disturbato, si verifica l'emolisi, cioè le membrane degli eritrociti si dissolvono e l'emoglobina passa direttamente nel siero. Di solito c'è una carenza nell'enzima piruvato chinasi, quindi il processo di glicolisi viene interrotto.
Un'altra causa che porta a sintomi simili può essere trovata negli stessi eritrociti se non hanno l'enzima KKR (isoenzima della piruvato chinasi) necessario.
La malattia di Tarui (malattia di Tarui) è una delle poche malattie che interrompono direttamente il processo di glicolisi. È una malattia da accumulo di glicogeno. Il glucosio in eccesso nel siero del sangue viene temporaneamente convertito dall'organismo in zucchero polimerico (glicogeno), che viene successivamente riconvertito in glucosio se necessario, per essere metabolizzato tramite glicolisi.
Nel caso della malattia di Tarui, un difetto genetico ereditario porta a una carenza di fosfofruttochinasi, un enzima che causa la fosforilazione e la conversione del glucosio in fruttosio-1,6-bifosfato (3 ° stadio della glicolisi). La carenza enzimatica provoca l'interruzione della glicolisi in modo che i muscoli scheletrici non siano adeguatamente forniti di energia.Si sviluppano spasmi muscolari dolorosi e anemia emolitica, la membrana dei globuli rossi che si rompe.
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