Metabolismo Energetico: Glicolisi, Ciclo di Krebs e Regolazione

Introduzione alla Biochimica Energetica

Glicolisi

Fase di Investimento Energetico (Oneri ATP)
1. (Fosforilazione) Glu + ATP - (Esaochinasi) → ADP + Glu-6-P
2. Glu-6-P ← (Fosfoesosio isomerasi) → Fru-6-P
3. (Fosforilazione) Fru-6-P + ATP - (PFK-1) → Fru-1,6-BP + ADP
4. Fru-1,6-BP ← (Aldolasi) → Diidrossiacetone-P + Gliceraldeide-3-P
5. Diidrossiacetone-P ← (Triosio fosfato isomerasi) → Gliceraldeide-3-P (GA3P)

Fase di Guadagno Energetico (Beneficio Energia)
6. GA3P + NAD⁺ + Pi → 1,3-bisfosfoglicerato (BPG) + NADH + H⁺
7. (Desfosforilazione) 1,3-BPG + ADP ← (Fosfoglicerochinasi) → 3-fosfoglicerato + ATP
8. (Isomerizzazione) 3-fosfoglicerato ← (Fosfogliceromutasi) → 2-fosfoglicerato
9. 2-fosfoglicerato ← (Enolasi) → Fosfoenolpiruvato (PEP) + H₂O
10. (Desfosforilazione) PEP + ADP - (Piruvato chinasi) → Piruvato + ATP

Performance Energetica
NADH: 2, ATP: 2. Se E^- passano attraverso la catena di trasporto: → 3 ATP / H⁺.
La decarbossilazione ossidativa del piruvato perde CO₂ e di e^- che si ossidano: NAD⁺ → NADH + H⁺, formando e producendo 1 acetil-CoA-SH generata dall'enzima Piruvato DH, che entra nel ciclo di Krebs.

Regolazione
1, 3, 10.
- Esaochinasi: con G6P nel muscolo è inibita.
- PFK-1: inibita da ¹alta concentrazione di ATP + ²presenza di elevate concentrazioni di citrato (segnala che Krebs fornisce energia e non è necessario ottenere piruvato) + ³bassa concentrazione di AMP/ADP (l'ATP è coinvolto scarsamente per fare la glicolisi).
- Piruvato Chinasi: inibita da ATP e acetil-CoA, attivata da F-2,6-BP.

Gluconeogenesi

Conservazione dello zucchero nel sangue, converte molecole di piruvato in glucosio, biosintesi a partire da lattato, amminoacidi, alanina, propionato, glicerolo (90% epatico, 10% renale).
Bilancio: 2 ATP + 2 NADH + 2 Piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 6 H₂O → Glucosio + 2 ADP + 6 Pi + 2 NAD⁺.

Glicogenolisi

Glicogeno (12-18 residui di glucosio) consente l'ottenimento di glucosio. La Glicogeno fosforilasi rimuove il glucosio lasciando 4 molecole di glucosio nel ramo, la proteina debranching prende 3 molecole di glucosio e trasferisce il ramo principale, rimuovendo la molecola di glucosio rimanente nella reazione.

Regolazione
- Glicogeno sintasi: Sintasi I (indipendente da G6P per la sua azione, non fosforilata, attiva) / Sintasi D (al contrario, meno attiva).
- Glicogeno fosforilasi: Glicogeno fosforilasi a (attiva, fosforilata) / Glicogeno fosforilasi b (meno attiva, non fosforilata).
- L'adrenalina e il glucagone attivano la Glicogeno fosforilasi e inibiscono la Glicogeno sintasi.
- L'insulina inibisce la Glicogeno fosforilasi e attiva la Glicogeno sintasi.

Ciclo di Krebs

• Il processo inizia con l'ossidazione del piruvato, producendo acetil-CoA e CO₂.
• L'acetil-CoA reagisce con l'ossalacetato (4C) per formare citrato (6C) tramite una reazione di condensazione.
• Attraverso una serie di reazioni, il citrato viene riconvertito in ossalacetato. Consuma 1 molecola di acetil-CoA e produce 2 CO₂. Consuma anche NAD⁺ e FAD, producendo NADH e FADH₂.
• Il risultato per ciclo (per mole di piruvato): GTP, 3 NADH, 1 FADH₂, 2 CO₂.
• Ogni mole di glucosio produce due molecole di piruvato, che a loro volta producono due acetil-CoA, in modo che per ogni mole di glucosio nel ciclo di Krebs avvenga: 2 GTP, 6 NADH, 2 FADH₂, 4 CO₂.

Regolazione
Citrato sintasi, Isocitrato deidrogenasi e α-chetoglutarato deidrogenasi sono inibite da alte concentrazioni di ATP.

Percorsi Convergenti

Carboidrati:
Fase 2, la glicolisi → 2 piruvato → matrice mitocondriale, acetil-CoA → produce Krebs.

Proteine:
Le proteasi degradano i legami peptidici. Gli amminoacidi entrano nella cellula per la sintesi proteica o per produrre energia nel ciclo di Krebs. Per entrare nel ciclo, rimuovono i gruppi amminici tramite aminotransferasi e deidrogenasi principalmente.

Lipidi:
Idrolisi dei trigliceridi → glicerolo + acidi grassi. Nel fegato il glicerolo può essere convertito in glucosio tramite GA3P, diidrossiacetone-P e gluconeogenesi (via anabolica). Specialmente nel muscolo cardiaco, gli acidi grassi sono degradati nella matrice mitocondriale attraverso cicli successivi di beta-ossidazione, producendo acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs. A volte il ciclo di Krebs può produrre propionil-CoA (3C), utilizzabile per la sintesi di glucosio nella gluconeogenesi epatica.

Bilancio Energetico Finale

Totale: 32 ATP (con navetta del malato) o 30 ATP (con navetta del glicerolo-3-fosfato).