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La glicolisi è il percorso biochimico fondamentale che converte il glucosio, zucchero a sei atomi di carbonio, in molecole ricche di energia praticamente in ogni cellula vivente. In tutto l'albero della vita, dai batteri unicellulari ai più grandi mammiferi marini, le cellule fanno affidamento su questo processo per estrarre energia utilizzabile dal glucosio.
Negli eucarioti (animali, piante, protisti, funghi), la glicolisi è la prima delle tre fasi della respirazione cellulare. Nei procarioti (batteri e archaea), è l'unica via per l'ossidazione del glucosio perché le loro cellule mancano degli organelli necessari per la completa respirazione aerobica.
La reazione generale è:
C6H12O6 + 2 NAD + + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H + + 2 H2O
Questa equazione mostra che una molecola di glucosio, due molecole del trasportatore di elettroni ossidati NAD + , adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorganico (Pi) vengono trasformati in due molecole di piruvato, due ATP, due NADH ridotto, protoni e acqua. In particolare, l'ossigeno è assente, sottolineando che la glicolisi può avvenire in modo anaerobico.
Il glucosio è un monosaccaride, uno zucchero indivisibile con la formula CnH2nOn. Circola nel sangue, viene immagazzinato come glicogeno nel fegato e nei tessuti muscolari e viene mobilitato durante l'esercizio ad alta intensità. Gli atleti utilizzano il carico di carboidrati per massimizzare le riserve di glicogeno in specifici gruppi muscolari, migliorando la resistenza e le prestazioni.
L’adenosina trifosfato (ATP) è la valuta energetica universale della vita. L’obiettivo del metabolismo del glucosio è sintetizzare l’ATP sfruttando l’energia chimica rilasciata quando i legami del glucosio vengono scissi. Durante l'esercizio moderato, il corpo ossida preferibilmente il glucosio perché produce più ATP per molecola rispetto agli acidi grassi.
Gli enzimi, catalizzatori proteici altamente specifici, guidano le dieci reazioni della glicolisi. Ciascun enzima, che prende il nome dal suo substrato e termina con “‑ase”, garantisce una conversione rapida e regolata degli intermedi. Ad esempio, la fosfoglucosio isomerasi converte il glucosio‑6‑fosfato in fruttosio‑6‑fosfato.
Il glucosio entra nella cellula e viene fosforilato in glucosio‑6‑fosfato, intrappolandolo al suo interno. Viene quindi isomerizzato in fruttosio‑6‑fosfato e nuovamente fosforilato in fruttosio‑1,6‑bifosfato. Queste due fasi di consumo di ATP costituiscono la fase di "investimento", che costa 2 ATP per molecola di glucosio.
Il fruttosio‑1,6‑bifosfato viene scisso in due frammenti a tre atomi di carbonio:diidrossiacetone fosfato (DHAP) e gliceraldeide‑3‑fosfato (G3P). Il DHAP si converte rapidamente in G3P, quindi da qui ogni reazione avviene due volte per glucosio.
Il G3P viene ossidato a 1,3‑difosfoglicerato, trasferendo gli elettroni al NAD + per formare NADH. La successiva fosforilazione a livello del substrato genera quattro ATP (due per G3P). Dopo aver contabilizzato l'investimento iniziale di 2 ATP, il rendimento netto è di 2 ATP per glucosio.
I prodotti intermedi progrediscono attraverso il 3‑fosfoglicerato, il 2‑fosfoglicerato, il fosfoenolpiruvato e infine il piruvato.
Negli eucarioti, il piruvato entra nei mitocondri in condizioni aerobiche per alimentare il ciclo di Krebs e la catena di trasporto degli elettroni, producendo ulteriore ATP. In condizioni ipossiche o ad alta intensità, il piruvato viene ridotto a lattato tramite la lattato deidrogenasi, rigenerando il NAD + e consentendo alla glicolisi di continuare, un processo noto come fermentazione dell'acido lattico.
La respirazione aerobica comprende il ciclo di Krebs (ciclo dell'acido citrico) e la catena di trasporto degli elettroni (ETC). L'ETC, situato sulla membrana mitocondriale interna, guida la fosforilazione ossidativa, generando la maggior parte dell'ATP.
La reazione netta della respirazione cellulare completa è:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2 O + 38 ATP
Dei 38 ATP, 2 provengono dalla glicolisi, 2 dal ciclo di Krebs e 34 dall'ETC.
