Di Kevin Beck, aggiornato il 30 agosto 2022

Il glucosio è il carburante essenziale che alimenta ogni cellula vivente. Quando lo zucchero a sei atomi di carbonio attraversa la membrana plasmatica, viene immediatamente fosforilato, formando glucosio‑6‑fosfato (G‑6‑P). Il fosfato aggiunto trasporta una carica negativa, intrappolando la molecola all'interno del citoplasma e ponendo le basi per la sintesi di ATP.

Glucosio nella cellula:una rapida panoramica

Conosciuto anche come destrosio in contesti non biologici e zucchero nel sangue in contesti clinici, glucosio (C₆ H₁₂ O₆ ) è un substrato metabolico chiave. In un adulto tipico, la glicemia è in media di 100 mg/dl, che equivale a circa 4 g di zucchero circolanti in 4 litri di sangue.

Procarioti contro eucarioti

Le cellule procariotiche sono prive di mitocondri, quindi si affidano quasi interamente alla glicolisi per generare energia. Le cellule eucariotiche, al contrario, sfruttano sia la glicolisi che il sistema di fosforilazione ossidativa mitocondriale per produrre molto più ATP per molecola di glucosio.

La via glicolitica

La glicolisi consiste in dieci reazioni catalizzate da enzimi che dividono una molecola di glucosio in due molecole di piruvato, producendo una resa netta di due ATP e due NADH:

C₆ H₁₂ O₆ → 2C₃ H₄ O₃ + 2ATP + 2NADH

Di seguito è riportata una breve descrizione del percorso.

Primi passi

• Glucosio → G‑6‑P (tramite esochinasi); ATP → ADP.
• G‑6‑P → F‑6‑P (fosfoglucosio isomerasi).
• F‑6‑P → F‑1,6‑BPG (fosfofruttochinasi); un altro ATP consumato.
• F‑1,6‑BPG suddiviso in gliceraldeide‑3‑fosfato (GAP) e diidrossiacetone fosfato (DHAP) (aldolasi).
• DHAP → GAP (trioso fosfato isomerasi).

Passaggi per la generazione di energia

• GAP → 1,3‑bifosfoglicerato (1,3‑BPG) (gliceraldeide‑3‑fosfato deidrogenasi); NAD⁺ → NADH.
• 1,3‑BPG → 3‑fosfoglicerato (3‑PG) (fosfoglicerato chinasi); ATP prodotto.
• 3‑PG → 2‑fosfoglicerato (2‑PG) (fosfoglicerato mutasi).
• 2‑PG → fosfoenolpiruvato (PEP) (enolasi).
• PEP → piruvato (piruvato chinasi); resa ATP finale.

Oltre la glicolisi

Una volta formato, il piruvato segue uno dei due destini:

• Fermentazione (anaerobica) – Il piruvato viene ridotto a lattato, rigenerando il NAD⁺ in modo che la glicolisi possa continuare in assenza di ossigeno.
• Respirazione aerobica – Il piruvato entra nei mitocondri, viene convertito in acetil‑CoA e alimenta il ciclo di Krebs. Il ciclo produce ulteriore NADH, FADH₂ e una piccola quantità di ATP.

La successiva attività della catena di trasporto degli elettroni utilizza gli elettroni ad alta energia di NADH e FADH₂ per generare circa 34 molecole di ATP in più per molecola di glucosio, con l'ossigeno che funge da accettore di elettroni finale.

Concetti chiave

La fosforilazione del glucosio intrappola lo zucchero all’interno della cellula, rendendolo disponibile per la produzione graduale di ATP. Mentre i procarioti dipendono solo dalla glicolisi, le cellule eucariotiche combinano la glicolisi con la fosforilazione ossidativa mitocondriale per un'efficiente estrazione di energia.