{"id":896,"date":"2005-03-07T00:00:00","date_gmt":"2005-03-06T23:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"896","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/896\/","title":{"rendered":"Le sarei grata se potesse descrivermi i meccanismi per cui la velocit\u00e0 della glicolisi e della respirazione aerobia vengono mantenute in reciproco equilibrio. La ringrazio anticipatamente."},"content":{"rendered":"

Nella glicolisi, via centrale per il catabolismo del glucosio, (dal greco glykys, che significa \u201cdolce\u201d e lysis che significa \u201cscissione\u201d), una molecola di glucosio viene degradata in una serie di reazioni catalizzate da enzimi per generare due molecole di piruvato. Durante le reazioni sequenziali della glicolisi, una parte dell\u2019energia libera rilasciata dal glucosio viene convertita in ATP ed in NADH.
La maggior parte delle cellule eucariotiche e molti tipi di batteri sono aerobici e in grado di ossidare completamente le loro sostanze nutrienti a CO2<\/sub> e H2<\/sub>O.
In queste condizioni il piruvato che si forma dalla glicolisi, in condizioni aerobiche, viene ossidato, con perdita del suo gruppo carbossilico sotto forma di CO2<\/sub>, nella fase aerobica del catabolismo, la respirazione. <\/p>\n

In senso macroscopico e in termini fisiologici, la respirazione \u00e8 l\u2019assunzione di ossigeno dall\u2019ambiente da parte di un organismo multicellulare e il rilascio di CO2<\/sub>. Per i biochimici ed i biologi cellulari, il termine respirazione assume un significato diverso e si riferisce ai processi molecolari in cui \u00e8 coinvolto il consumo di ossigeno e la formazione di CO2<\/sub> da parte della cellula. Questo processo dovrebbe quindi essere chiamato pi\u00f9 correttamente respirazione cellulare. <\/p>\n

La respirazione cellulare ha luogo in tre fasi principali.
-Nella prima fase, le molecole delle sostanze nutrienti organiche – glucosio, acidi grassi e qualche amminoacido – sono ossidate fino a formare frammenti a due atomi di carbonio e cio\u00e8 il gruppo acetilico dell\u2019acetil-coenzima A (acetil-CoA).
-Nella seconda fase, questi gruppi acetilici sono immessi nel ciclo dell\u2019acido citrico, in cui vengono ossidati enzimaticamente a CO2<\/sub>. L\u2019energia rilasciata dall\u2019ossidazione viene conservata riducendo contemporaneamente i trasportatori di elettroni NAD+ e FAD rispettivamente a NADH e FADH2.
-Nella terza fase della respirazione, i cofattori ridotti sono a loro volta ossidati liberando protoni (H+) ed elettroni. Gli elettroni sono trasferiti lungo una catena di molecole di trasportatori di elettroni, nota come catena respiratoria, all\u2019ossigeno, che si riduce formando acqua. Durante questo processo di trasferimento degli elettroni, viene rilasciata molta energia che \u00e8 poi convertita in ATP, in un processo chiamato fosforilazione ossidativa. <\/p>\n

Per rispondere alla domanda, dobbiamo soffermarci sulla seconda fase della respirazione, il ciclo dell\u2019acido citrico (o ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di Krebs, dal nome dello scopritore). <\/p>\n

Il piruvato formatosi, come abbiamo visto, dalla glicolisi viene ossidato con perdita del suo gruppo carbossilico formando il gruppo acetilico dell\u2019acetil-coenzima A grazie ad un complesso enzimatico: il complesso della piruvato deidrogenasi.
Il ciclo \u201cparte\u201d con la sintesi di citrato a partire proprio da Acetil-Coa ed ossalacetato, ad opera dell\u2019enzima citrato sintasi. (Vedremo che tali composti hanno notevole importanza nella regolazione).
Pertanto il piruvato, prodotto delle reazioni glicolitiche \u00e8 un precursore per le reazioni del ciclo di Krebs ed \u00e8 uno degli elementi chiave che lega i due processi metabolici e li regola.
La velocit\u00e0 delle reazioni con produzione di intermedi e prodotti deve essere tale da mantenere la cellula in uno stato \u201cstazionario\u201d ed evitare la sovrapproduzione di composti non utili o, al contrario, una carenza di prodotti necessari. Nel nostro caso \u201cobiettivo\u201d della cellula \u00e8 mantenere una concentrazione pressoch\u00e9 costante di ATP, indipendentemente da quale sostanza nutriente venga utilizzata per produrlo e da quale sia la sua velocit\u00e0 di consumo. <\/p>\n

I punti di \u201ccontrollo\u201d della velocit\u00e0 si trovano a due livelli e sono strettamente regolati:
– conversione del piruvato in acetil-CoA, il materiale di partenza del ciclo (reazione del complesso della piruvato deidrogenasi)
– ingresso dell\u2019acetil-CoA nel ciclo con formazione di citrato (reazione della citrato sintasi). <\/p>\n

Dato che il piruvato non \u00e8 l\u2019unica fonte di acetil-CoA (infatti la maggior parte delle cellule lo ottiene anche dall\u2019ossidazione degli acidi grassi e da alcuni amminoacidi), la disponibilit\u00e0 di intermedi da queste vie alternative diventa importante nella regolazione dell\u2019ossidazione del piruvato e nella velocit\u00e0 del ciclo stesso. La glicolisi \u00e8 solo una di queste vie (anche se la pi\u00f9 importante) e la sua velocit\u00e0 (della glicolisi) viene adeguata a quella del ciclo dell\u2019acido citrico in una regolazione \u201ca ritroso\u201d, in inglese \u201cfeedback\u201d. <\/p>\n

Le velocit\u00e0 della glicolisi e del ciclo di Krebs sono coordinate in modo che la quantit\u00e0 di glucosio metabolizzato a piruvato sia soltanto quella che poi entra nel ciclo dell\u2019acido citrico sotto forma di Acetil-CoA. Piruvato e acetil-CoA sono mantenuti a concentrazioni stazionarie non soltanto dai livelli di ATP e NADH, prodotti sia della fase glicolitica che respiratoria dell\u2019ossidazione del glucosio, ma anche dal citrato. Quest\u2019ultimo, cio\u00e8 il prodotto della prima tappa del ciclo dell\u2019acido citrico, \u00e8 in grado di inibire (rallentare) una tappa fondamentale della via glicolitica (la fosforilazione del fruttosio-6-fosfato da parte della fosfofruttochinasi-1), in una regolazione \u201ca ritroso\u201d appunto. <\/p>\n

Approfondimento<\/strong>: in che modo viene regolata la velocit\u00e0 del ciclo di Krebs? <\/p>\n

Le strategie di controllo biochimico sono sostanzialmente tre:
-disponibilit\u00e0 di substrato: la concentrazione di substrato determina la velocit\u00e0 della reazione. Questo avviene nella prima reazione del ciclo e diventa dunque fondamentale la disponibilit\u00e0 di acetil-CoA ed ossalacetato.
-inibizione da accumulo di prodotti: una concentrazione eccessiva di prodotti pu\u00f2 portare ad un \u201crallentamento\u201d delle reazioni necessarie per produrre i prodotti stessi, agendo in particolari punti. L\u2019accumulo di ATP, prodotto finale, del ciclo, ha proprio questo effetto.
-inibizione allosterica retroattiva (a feedback) dei primi enzimi del ciclo da parte degli ultimi intermedi del ciclo stesso: in alcune reazioni molto complesse con molti intermedi, come appunto il ciclo di Krebs, pu\u00f2 essere un eccessivo accumulo di intermedi, senza giungere ai prodotti, a provocare un rallentamento del ciclo stesso. Ad es. un accumulo di citrato, prodotto della prima reazione porta proprio ad un rallentamento. <\/p>\n

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