Glicolisi: le 10 tappe e il bilancio energetico

La glicolisi è la via metabolica più antica e diffusa: dieci reazioni che spezzano una molecola di glucosio a sei atomi di carbonio in due molecole di piruvato a tre atomi di carbonio. Avviene nel citosol di quasi tutte le cellule, non richiede ossigeno e produce un primo, piccolo guadagno di energia in forma di ATP e di potere riducente come NADH.

Vediamo come si organizza la glicolisi in due fasi, quali sono le dieci tappe in sintesi, come si chiude il bilancio energetico netto e dove finisce il piruvato.

Due fasi: investimento e resa

La glicolisi si divide in due metà speculari. Nella fase di investimento (tappe 1–5) la cellula spende due molecole di ATP per fosforilare e destabilizzare lo zucchero, fino a scinderlo in due frammenti a tre atomi di carbonio. Nella fase di resa (tappe 6–10) ciascun frammento viene ossidato e riarrangiato, restituendo quattro molecole di ATP e due di NADH. Spendere per poi guadagnare di più: è il modo in cui la cellula supera la barriera energetica iniziale.

Le dieci tappe in sintesi

La via è una sequenza di dieci reazioni catalizzate ciascuna da un enzima specifico. Senza memorizzarle tutte, conviene coglierne la logica: prima si investe fosfato sullo zucchero, poi lo si spezza, infine lo si ossida recuperando energia. I tre punti di controllo (esochinasi, fosfofruttochinasi–1 e piruvato chinasi) sono le tappe irreversibili che regolano l'intera velocità della via.

I valori della colonna di destra sono già riferiti alle due molecole di tre atomi di carbonio prodotte dalla scissione: per questo le tappe 6, 7 e 10 contano doppio.

Il bilancio netto

Sommando l'intera via, la cellula spende due ATP nella fase di investimento e ne recupera quattro nella fase di resa, oltre a ridurre due molecole di NAD⁺ a NADH. Il guadagno netto, per ogni glucosio, è quindi:

fase di investimento: −2 ATP  ·  fase di resa: +4 ATP  →  bilancio netto = +2 ATP

glucosio + 2 ADP + 2 Pᵢ + 2 NAD⁺ → 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Dove finisce il piruvato

Il destino del piruvato dipende dalla disponibilità di ossigeno. In condizioni aerobie entra nel mitocondrio, viene convertito in acetil-CoA ed entra nel ciclo di Krebs, dove l'ossidazione prosegue fino a estrarre molta più energia. In condizioni anaerobie viene invece ridotto: a lattato nelle cellule animali (per esempio nel muscolo sotto sforzo) o a etanolo e anidride carbonica nei lieviti (la fermentazione alcolica). La fermentazione non produce ATP aggiuntivo, ma rigenera il NAD⁺ indispensabile a far proseguire la glicolisi.

Per questo la glicolisi è il crocevia del metabolismo dei carboidrati: poco redditizia da sola, ma capace di funzionare ovunque e di alimentare, in presenza di ossigeno, le vie ad alta resa che la seguono.

Glicolisi aerobica e anaerobica

La glicolisi in sé non richiede ossigeno: avviene nel citosol sia in presenza sia in assenza di ossigeno. La differenza sta in ciò che succede dopo, al piruvato e al NADH prodotti. In condizioni aerobiche il piruvato entra nel mitocondrio e prosegue verso il ciclo di Krebs, mentre il NADH cede i suoi elettroni alla catena respiratoria. In condizioni anaerobiche, invece, la cellula deve rigenerare il NAD⁺ per non bloccare la glicolisi: lo fa con la fermentazione, lattica (nei muscoli sotto sforzo) o alcolica (nei lieviti). È per questo che la glicolisi è considerata la via metabolica più antica e universale: funziona in qualunque condizione ed è il punto di partenza obbligato del metabolismo degli zuccheri.

Domande frequenti

Che cos'è la glicolisi?

È la via metabolica che converte una molecola di glucosio in due di piruvato attraverso dieci reazioni enzimatiche. Avviene nel citosol di quasi tutte le cellule, non richiede ossigeno e produce un guadagno netto di due molecole di ATP e due di NADH. È spesso il primo passo dell'ossidazione degli zuccheri.

Qual è il bilancio netto della glicolisi?

Per ogni glucosio si spendono due ATP nella fase di investimento e se ne producono quattro nella fase di resa, con un guadagno netto di due ATP. Si formano inoltre due molecole di NADH e due di piruvato. Il bilancio complessivo è quindi: +2 ATP, +2 NADH, 2 piruvato per molecola di glucosio.

Perché la glicolisi è divisa in fase di investimento e fase di resa?

Perché la prima metà deve spendere ATP per attivare il glucosio e superare la barriera energetica iniziale, mentre la seconda metà recupera energia ossidando i frammenti. Investire per guadagnare di più: la fase di resa restituisce il doppio dell'ATP investito, più il potere riducente come NADH.

La glicolisi ha bisogno di ossigeno?

No. La glicolisi è una via anaerobia: si svolge interamente nel citosol senza ossigeno. L'ossigeno serve solo dopo, nelle vie che ossidano il piruvato. In sua assenza la cellula ricorre alla fermentazione (a lattato o a etanolo) per rigenerare il NAD⁺ e mantenere attiva la glicolisi.

Che fine fa il piruvato prodotto dalla glicolisi?

Dipende dall'ossigeno. In condizioni aerobie il piruvato entra nel mitocondrio, diventa acetil-CoA e alimenta il ciclo di Krebs. In condizioni anaerobie viene ridotto a lattato (nelle cellule animali) o a etanolo e anidride carbonica (nei lieviti), un processo che non produce ATP ma rigenera il coenzima necessario alla glicolisi.