Il glucosio

Dal punto di vista chimico, il glucosio è uno zucchero a sei atomi di carbonio e rientra pertanto  nella categoria degli esosi.

Glucosio nelle urineIl glucosio è un monosaccaride, cioè uno zucchero che non può essere idrolizzato in un carboidrato più semplice.

La maggior parte degli zuccheri complessi presenti nell'alimentazione viene scissa e ridotta in glucosio e in altri glucidi semplici.

Il glucosio, infatti, si ottiene per idrolisi di molti carboidrati, fra cui il saccarosio, il maltosio, la cellulosa, l'amido ed il glicogeno .

Il fegato è in grado di trasformare in glucosio altri zuccheri semplici, come il fruttosio.  

A partire dal glucosio è possibile sintetizzare tutti i carboidrati necessari alla sopravvivenza dell'organismo.

Il livello di glucosio nel sangue e nei tessuti è regolato con precisione da alcuni ormoni ( insulina e glucagone ); il glucosio in eccesso viene conservato in alcuni tessuti, tra cui quello muscolare, sotto forma di glicogeno.


Approfondimenti:


La Glicolisi  

Importante via metabolica cellulare, responsabile della conversione del glucosio in molecole più semplici e della produzione di energia sotto forma di adenosina trifosfato ( ATP ). 

La glicolisi è un processo chimico in base al quale una molecola di glucosio viene scissa in due molecole di acido piruvico; tale reazione porta alla produzione di energia, immagazzinata in 2 molecole di ATP.  

La glicolisi ha la particolarità di potere avvenire sia in presenza che in assenza di ossigeno, anche se, nel secondo caso, viene prodotta una minore quantità di energia

  • In condizioni aerobie, le molecole di acido piruvico possono entrare nel ciclo di Krebs e subire una serie di reazioni che ne determinano la completa degradazione ad anidride carbonica e acqua
  • In condizioni anaerobie, invece, le molecole di acido piruvico vengono degradate in altri composti organici, come l'acido lattico o l'acido acetico, mediante il processo di fermentazione.  

Fasi della Glicolisi  

glucosio glicolisiglicolisi glucosio

Gli eventi principali che caratterizzano il processo di glicolisi sono:

 

fosforilazione del glucosio: alla molecola di glucosio vengono aggiunti due gruppi fosfato, forniti da due molecole di ATP che a loro volta diventano ADP. Si forma così glucosio 1,6-difosfato;

trasformazione in fruttosio 1,6-difosfato: il glucosio 1,6-difosfato viene trasformato in fruttosio 1,6-difosfato, un composto intermedio a sei atomi di carbonio, il quale viene a sua volta scisso in due composti più semplici, contenenti ciascuno tre atomi di carbonio: il diidrossiacetone fosfato e la gliceraldeide 3-fosfato. Il diidrossiacetone fosfato viene convertito in un'altra molecola di gliceraldeide 3-fosfato;


formazione di acido piruvico: i due composti a tre atomi di carbonio vengono entrambi trasformati in acido 1,3-difosfoglicerato; quindi in fosfoglicerato; poi in fosfoenolpiruvato; infine, in due molecole di acido piruvico.

Nel corso di queste reazioni vengono sintetizzate quattro molecole di ATP e 2 di NADH.


Bilancio della situazione


La glicolisi partendo da una molecola di glucosio permette di ottenere:

  1. la produzione netta di 2 molecole di ATP 
  2. la formazione di 2 molecole di un composto, il NADH (nicotinamide adenin dinucleotide), che funge da trasportatore di energia.

Importanza della glicolisi

Negli esseri viventi la glicolisi costituisce il primo stadio delle vie metaboliche di produzione di energia; essa permette l'utilizzazione del glucosio e di altri zuccheri semplici, come il fruttosio e il galattosio. Nell'uomo, alcuni tessuti, che normalmente hanno un metabolismo aerobio in condizioni particolari di carenza di ossigeno hanno la capacità di ricavare energia grazie alla glicolisi anaerobia. Ciò si verifica, ad esempio, nel tessuto muscolare striato sottoposto a un intenso e prolungato sforzo fisico. In tal modo la flessibilità del sistema di produzione energetica, che può seguire vie chimiche differenti, permette all'organismo di soddisfare le proprie necessità. Non tutti i tessuti sono tuttavia in grado di sopportare l'assenza di ossigeno; il muscolo cardiaco, ad esempio, ha una minore capacità di compiere glicolisi, quindi più difficilmente riesce a sopportare condizioni di anaerobiosi.


approfondimento sulla glicolisi >>

Glicolisi anaerobia

In condizioni di anaerobiosi (mancanza di ossigeno) il piruvato viene  trasformato in due molecole di acido lattico con la liberazione di energia sottoforma di ATP. 

Questo processo, che produce 2 molecole di ATP, non può persistere per più di 1 o 2 minuti perché l'accumulo di acido lattico produce la sensazione di fatica ed ostacala la contrazione muscolare.

In presenza di ossigeno l'acido lattico che si è venuto a formare viene trasformato in acido piruvico che verrà poi metabolizzato grazie al ciclo di Krebs.

Ciclo di Krebs

Gruppo di reazioni chimiche che avvengono all'interno della cellula durante il processo di respirazione cellulare. Tali reazioni sono responsabili della trasformazione delle molecole provenienti dalla glicolisi in anidride carbonica, acqua ed energia . Questo processo, favorito da sette enzimi, è detto anche ciclo degli acidi tricarbossilici o dell'acido citrico. Il ciclo di Krebs è attivo in tutti gli animali, nelle piante superiori e nella maggior parte dei batteri. Nelle cellule eucarioti il ciclo avviene in un organulo cellulare denominato mitocondrio. La scoperta di questo ciclo è attribuita al biochimico britannico Hans Adolf Krebs, che nel 1937 ne descrisse i passaggi principali.

 

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PRINCIPALI REAZIONI


Al termine della glicolisi si formano due molecole di piruvato, che entrano nei mitocondri e vengono trasformate in gruppi acetilici. Ciascun gruppo acetilico, contenente due atomi di carbonio, si lega a un coenzima, formando un composto denominato acetilcoenzima A.

Questo, a sua volta, si combina con una molecola a quattro atomi di carbonio, l'ossalacetato, per formare un composto a sei atomi di carbonio, l'acido citrico. Nei successivi passaggi del ciclo, la molecola di acido citrico viene gradualmente rielaborata, perdendo così due atomi di carbonio che vengono eliminati sotto forma di anidride carbonica. In questi passaggi vengono, inoltre, liberati quattro elettroni che verranno utilizzati per l'ultimo passaggio della respirazione cellulare, la fosforilazione ossidativa.


approfondimento sul ciclo di Krebs >>

 

Fosforilazione ossidativa  


La terza fase della respirazione cellulare è denominata fosforilazione ossidativa ed avviene a livello delle creste mitocondriali (ripiegamenti della membrana interna dei mitocondri). Essa consiste nel trasferimento degli elettroni dell'idrogeno del NADH a una catena di trasporto (detta catena respiratoria), formata da citocromi, fino all'ossigeno, che rappresenta l'accettore finale degli elettroni. Il passaggio degli elettroni comporta la liberazione di energia che viene immagazzinata nei legami di 36 molecole di adenosin difosfato (ADP) tramite il legame di gruppi fosfato e che porta alla sintesi di 36 molecole di ATP. Dalla riduzione dell'ossigeno e dagli ioni H+ che si formano dopo il trasferimento degli elettroni dal NADH e dal FADH, derivano molecole di acqua che si aggiungono a quelle prodotte con il ciclo di Krebs.


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Meccanismi di sintesi dell'ATP

I protoni vengono fatti passare attraverso la membrana interna del mitocondrio in un processo di diffusione facilitata. L'enzima ATP sintetasi ottiene così l'energia sufficiente per produrre molecole di ATP, trasferendo un gruppo fosfato all'ADP.
Il trasferimento degli elettroni attraverso la catena respiratoria richiede l'intervento di enzimi detti deidrogenasi, che hanno la funzione di "strappare" l'idrogeno alle molecole donatrici (FADH e NADH), in modo che si producano ioni H+ ed elettroni per la catena respiratoria; inoltre, questo processo richiede la presenza di alcune vitamine (in particolare, la vitamina C, la E, la K e la vitamina B2 o riboflavina).


Punto della situazione:

  • la demolizione del glucosio per via aerobica (ciclo di Krebs) porta alla formazione di 38 ATP
  • la demolizione del glucosio per via anaerobia (glicolisi) porta alla formazione di 2 ATP

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