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Appunti di biochimica

Prima parte: proteine di trasporto, introduzione al metabolismo, metabolismo degli zuccheri.

Fonte: lezioni del professore.

Proteine

Funzioni delle proteine

• Strutturali.
• Anticorpi.
• Proteine ordinarie.
• Enzimi.
• Proteine di deposito.
• Proteine di trasporto.
• Proteine contrattili.

Molte proteine possiedono una funzione essenziale. Un'unità proteica non associata permanentemente può contenere gruppi prostetici: lipoproteine, fosfoproteine, glicoproteine, flavoproteine, metalloproteine.

Mioglobina, emoglobina e globine

Principi molecolari e base dello studio della proteina: mioglobina, emoglobina, legame reversibile ligando-proteina.

Esistono anche neuroglobina e citoglobina: la neuroglobina protegge i neuroni da danni dovuti ad attacchi ischemici e ipossia. La citoglobina è monomerica, presente in retina, cervello e in altri fluidi.

Le globine sono estremamente compatte, con interni idrofobi, per via delle interazioni tra catene laterali idrofobe delle globine.

Ruolo: gli amminoacidi non legano l'ossigeno. La tendenza dei metalli di transizione a essere nello stato ossidativo più basso, nel caso del ferro Fe, ha portato l'evoluzione a inserirlo nell'eme.

Allo stato libero forma Ros, Fe è necessario in un complesso proteico.

Gruppo eme

Eme: è un gruppo prostetico. Ha 6 legami di coordinazione: 4 con l'eme al piano, 2 liberi al piano dell'eme. Sono indicati CH, CH, NH, N, Fe, NH, N, istidina distale, istidina prossimale, piano dell'eme.

Il ferro non può legarsi a O2: deve ossidarsi solo a Fe2+. Ciò è impedito dagli elettroni e dall'istidina della catena tetrapirrolica dell'eme. La funzione dell'azoto è fornire elettroni al ferro per impedire l'ossidazione.

L'istidina distale, insieme a fenilalanina e leucina, permette che O2 si trovi in una tasca idrofobia di protezione. Questi amminoacidi forniscono una sfera per impedire l'ossidazione.

Legame con il ligando: P50, affinità, dipendenza saturazione. La quantità di ligando necessaria è 0,5. Valido per mioglobina ed enzimi monosubunità. P50 mioglobina circa 30 poz Hb no.

Lo scopo della mioglobina è solo mantenere legato O2 in caso di necessità elevate. MbO2 si presenta come magazzino di O2 nel tessuto muscolare.

Evoluzione da Mb a Hb

L'evoluzione da Mb a Hb ha portato, dovuto a duplicazione genica, a due linee di evoluzione indipendenti. Hanno solo il 18% di residui identici.

L'emoglobina adulta è formata da quattro subunità: due coppie uguali, catene α e β. Tipologie: adulte, fetale, embrionali.

Ruoli dell'emoglobina: legare e rilasciare O2, trasporto di CO2, legare NO, inibizione vasodilatatore nei polmoni e nei tessuti, inibizione dell'aggregazione piastrinica, trasporto dai polmoni ai tessuti.

Ciò è permesso dalla cooperatività delle subunità, dagli enzimi e dall'allostericità. Struttura quaternaria: quattro subunità globulari unite da interazioni non covalenti.

Ogni subunità Hb dipende dalle altre. Cooperatività positiva e negativa. L'attacco dell'O2 all'eme di una subunità provoca modificazioni conformazionali nelle altre, che legheranno O2 più facilmente.

Il modello concertato è un caso limite del modello sequenziale. Perutz: meccanismo di stati T ed R.

Stati: T, tesa, deossiemoglobina, affinità O2, rosso scuro. R, rilassata, ossiemoglobina, affinità O2, rosso brillante.

Hb lega O2, pH stabilizza. Hb deossi rilascia O2, pH stabilizza.

Effetto Bohr e BPG

Effetto Bohr: ruolo inibitore allosterico negativo. Legame CO2 per Hb, abbassa l'affinità per O2. Formazione di carbammati e di bicarbonato.

L'effetto Bohr stabilizza la deossi-Hb attaccandosi agli N-terminali delle catene. Il 2,3-bifosfoglicerato è un inibitore allosterico negativo.

CO2 e BPG, come in alta altitudine, hanno meccanismi differenti e convengono. BPG permette l'ossigenazione dei tessuti e va incontro a condizioni patologiche.

Metabolismo

Principi delle vie metaboliche

Principi delle vie metaboliche: le vie metaboliche cataboliche e le vie metaboliche anaboliche. Ogni via metabolica ha una prima tappa di comando, irreversibile. Le vie hanno differenti tappe.

Il sistema è in equilibrio dinamico: omeostasi degli intermedi metabolici, mantenuti a concentrazione costante.

Reazioni biochimiche comuni

Tipologie di reazioni biochimiche comuni:

• Reazioni che formano o spezzano un legame C-C: condensazione aldolica e condensazione di Claisen.
• Reazioni di riarrangiamenti, riconversione di isomeri.
• Reazioni con radicali liberi.
• Reazioni di trasferimento di gruppi, spesso PO4.
• Reazioni di ossidoriduzione.

Composti fosforilati ed energia

Composti fosforilati: le reazioni sono due. Alcune sono irreversibili. Energia ad alta energia: fosfoenolpiruvato, DG = -62 kJ/mol, intermedi della glicolisi, 1,3-bifosfoglicerato, DG = -49 kJ/mol, fosfocreatina, DG = -43 kJ/mol.

Energia intermedia: quelli da sintesi ed energia di ATP, DG = -30 kJ/mol. Quelli sintetizzati da ATP e non solo.

Acetil-CoA: -31,4, uno da tessuto muscolare, altri tessuti.

Perché l'idrolisi dell'ATP è molto favorita: DG nella cellula. ATP, ADP, Pi. La concentrazione di ATP è alta e quella di ADP è bassa. Energia fosfato: glucosio-6-fosfato, DG = -13 kJ/mol; glicerolo-3-fosfato. Ciclo ADP-ATP, rotori ATP.

Carica energetica: carica = ([ATP] + 1/2 [ADP]) / ([ATP] + [ADP] + [AMP]); 100% ATP, 0% AMP. Fisiologicamente ha 0,80-0,95, equilibrio costante tra anabolismo e catabolismo.

Attacchi nucleofili sull'ATP: attacco in γ, β, α. Sintesi, attivazione, formazione dei gruppi. Esempi: da GTP, ribosil-PP, ATP, gruppi carbossilici, acido grasso a 2C.

Trasportatori del glucosio

Trasportatori del glucosio: GLUT1 ubiquitario, presente in placenta, eritrociti e BEE. Unico ha conformazioni da esterno a interno.

GLUT2: fegato, intestino, reni, bassa affinità; conferisce alle cellule del pancreas la sensibilità al glucosio.

GLUT3: alta affinità, testicoli e cervello.

GLUT4: sensibile all'insulina, segnale in risposta alla glicemia. Abbassa la glicemia. Normalmente è segregato in vescicole. Presente in tessuto adiposo, muscolo, cuore.

GLUT5: testicoli, intestino, trasporta fruttosio, rene.

Creatina fosfato

Creatina fosfato: NH2, NH, C, C, N, HP, NH, CH, N, CH, O, COO, COO. Ha poi la funzione di fornire ADP per formare ATP, fonte di energia per i primi secondi di esercizio fisico. Interviene subito, poi le scorte di ATP diminuiscono e poi interviene il metabolismo energetico.

Per mol ATP/ADP: DG = -12,54 kJ/mol, Mg2+. La creatina chinasi determina la carica energetica nella cellula e il metabolismo. ATP, ADP, CP, reazione.

La creatina può essere alcalinizzante e tamponare l'acidosi dell'esercizio intenso. La creatina chinasi necessita Mg2+; ha struttura scheletrica, dimero: MM, Mb cuore e cervello.

Sintesi della creatina: fegato, rene e anche con la dieta. A partire da glicina, guanidinoacetato, amidino transferasi, ornitina, metionina, S-adenosil metionina SAM. Cambiamento.

Regolazione: la creatina poi subisce fosforilazione nel sangue. Feedback negativo: agisce sulle prime fasi. S-adenosilomocisteina.

Adenilato chinasi

Adenilato chinasi ubiquitario: 2 ADP = AMP + ATP. La sintesi di chinasi non avviene tramite fosforilazione del substrato. Nel muscolo scheletrico e in DNA, DNA. La reazione è favorita quando AMP segnala carenza di ATP; fosforila nucleosidi monofosfati, necessario ATP.

Vie di trasduzione del segnale

Vie di trasduzione del segnale, lezione 16/10. La molecola di segnalazione + recettore specifico del segnale. 11/10, 18:31, appunti 37, 438, libro 439.

Gluconeogenesi

Gluconeogenesi: 10 reazioni, 7 reversibili corrispondono alle 7 reazioni della glicolisi. Irreversibile complessivamente, come la glicolisi, con reazioni irreversibili della gluconeogenesi.

Conversione del piruvato in PEP passando da ossalacetato. Defosforilazione del fruttosio-1,6-bifosfato e del glucosio-6-fosfato.

Enzimi: piruvato carbossilasi, PEP carbossichinasi, fruttosio-1,6-bifosfatasi, glucosio-6-fosfatasi.

La sintesi di glucosio parte da piruvato, lattato e altri composti convertibili in intermedi del ciclo di Krebs. Richiede 2 ATP, 2 GTP e 2 NADH.

Avviene in fegato, reni e intestino tenue; fornisce glucosio a cervello, muscoli ed eritrociti.

I mammiferi non possono convertire gli acidi grassi in glucosio: il passaggio da acetil-CoA a piruvato non avviene. Glicerolo è intermedio per la sintesi del fosfato, triacilgliceroli negli adipociti.

Via del pentoso fosfato

Via del pentoso fosfato, monofosfato, fosfogluconato, via degli esosi. È attiva nelle biosintesi e nei tessuti esposti all'ossidazione. Contrasta gli effetti delle ROS, produce NADPH: eritrociti, cristallino, cornea.

Produce ribosio-5-fosfato per DNA, RNA, ATP, NADH, FADH2 e coenzimi. Attiva rapidamente cellule che si dividono. Difetto genetico di glucosio-6-fosfato deidrogenasi: favismo.

Fasi: 2 fasi. Fase ossidativa e fase non ossidativa. Il pentosio fosfato se non serve produce glucosio-6-fosfato e ricicla i pentosi in NADPH.

Da glucosio-6-fosfato a 6-fosfogluconato: glucosio-6-fosfato deidrogenasi. Transchetolasi TPP: tiamina pirofosfato, cofattore. Transaldolasi. 6-fosfogluconato deidrogenasi. Fosfopentosio isomerasi. Interconversione degli zuccheri 3, 4, 5, 6, 7 C.

Ossidazione e decarbossilazione di molecole pentoso-fosfato. Dal pentoso-fosfato, passando sia da esosi, G6P, 6-fosfogluconato, riduce NADP+ e produce NADPH e ribosio-5-fosfato.

L'ingresso del G6P nella via del pentoso fosfato o nella glicolisi è determinato da NADP+/NADPH.

Regolazione metabolica

Regolazione metabolica: 3 parametri di analisi del controllo metabolico.

• Coefficiente di controllo del flusso C: può essere tra 0 e 1. Il contributo di ciascun enzima al flusso dipende dal sistema.
• Coefficiente di elasticità E: risposta di un enzima a un regolatore o metabolita, con concentrazione.
• Coefficiente di risposta R: R = C × E. Variazione del flusso seguito a variazione in un fattore esterno.

Per aumentare il flusso è necessario aumentare il prodotto di tutti gli enzimi coinvolti nella via. Controllo e regolazione.

Regolazione: enzimi come glutatione, catalasi, richiedono NADPH. Sintesi di lipidi, FAS sintasi. NADPH ossidasi, detossificazione, citocromo P450, ossidoreduttasi.

Regolazione coordinata di isozimi: proteine diverse che catalizzano la stessa reazione. Glicolisi e gluconeogenesi.