Biochimica metabolica

Martedì 30 maggio 2017 14:54

Metabolismo

Produrre e consumare energia

• Catabolismo e anabolismo (ossidativa e riduttiva).
• I metaboliti terminali: CO2, H2O, NH3.

Nelle reazioni di catabolismo si perdono elettroni acquisiti da FAD e NAD.

L'anabolismo è un processo riduttivo (che si avvale del NADPH, NADH, FADH).

Metaboliti intermedi: è frutto di un catabolismo da cui può partire un anabolismo. Esempio: Coenzima A (via convergente).

• Come si decide in che modo usare il metabolita intermedio?

Ciclo di Krebs

Ossidazione completa dell'AcetilCoA (viene ricavata CO2).

• Abbiamo una riduzione a carico di NAD e FAD, questi si riossideranno liberando elettroni che andranno a formare H2O con ossigeno.

Termodinamica

Il Delta G°' indica che la reazione avviene a pH = 7, T = 25, la concentrazione è a 1 M.

Si usa perciò un fattore di correzione.

Uso il principio di Le Chatelier: aggiunta, rimozione, pressione.

Nelle reazioni concatenate abbiamo un traino.

ATP

Un nucleoside sommato a 3 gruppi fosfati.

• Il fosfato è un sale di un acido fosforico.
• Tra i fosfati riconosciamo 3 legami (A, B, C), uno fosfoestere a bassa energia e uno fosfoanidridico ad alta energia.

I legami B e C sono ad alta energia perché tengono vicini due ossigeni repulsivi (molla).

Il pH è di notevole importanza per il potenziale di trasferimento. Se è basico, il potenziale aumenta per il principio di Le Chatelier. A condizioni fisiologiche il Delta G = -49 KJ/Mol.

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L'ATP è legata al magnesio che stabilizza le cariche di repulsione.

Carica energetica

Molecole energetiche/tutti i tre tipi.

Ruolo ATP

• Osmotico, pompa sodio/potassio.
• Meccanico, muscolare e microfilamenti.
• Biosintetico:
• 1 UTP.
• 2 GTP. Questi derivano dall'ATP grazie al nucleotide difosfato chinasi.
• 3 CTP.

Reazioni accoppiate

La prima reazione della glicolisi può essere scomposta in due semireazioni (endoergonica ed esoergonica), per un totale di DELTA G = -16,7 KJ/Mol.

Fosfocreatina

È un composto a più alta energia dell'ATP.

• In caso di necessità, dona il suo P all'ADP.

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Mercoledì 4 ottobre 2017 16:05

Sostanze ridotte

La forma più ridotta del carbonio è il metano.

Calcolo ossidazione:

• C legato a carbonio = 0.
• C legato a uno più elettronegativo = +1.
• C legato a uno meno elettronegativo = -1.
• C N O S (P).
• Alcool --> -1.
• Aldeide --> +1.

Un alcol primario che subisce ossidazione diventa un'aldeide.

L'aldeide ossidata diventa acido carbossilico (+3).

Quando l'acido è protonato la desinenza è ICO.

Quando è deprotonato la desinenza è ATO.

NB: In ambiente intracellulare sarà sempre deprotonato poiché la pKa dell'acido è nettamente inferiore al pH intracellulare.

Possiamo effettuare una decarbossilazione ossidativa. L'anidride carbonica +4. Il significato di catabolismo è quello di portare il carbonio ad uno stato di ossidazione totale (totale ossidazione a CO2).

NB = Hai sempre il passaggio di 2e-.

ALCOL SECONDARIO: se viene ossidato si ottiene un chetone.

CHETONE: doppio legame al secondo carbonio, non abbiamo bisogno di perdere/guadagnare elettroni. Mediata da isomerasi. +1.

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CARBONIO SATURO: devono essere fatte due reazioni.

• Desaturazione 2-3.
• Idratazione H2O. Si ottiene un ALCOL SECONDARIO.

NB: chi si fotte gli ELETTRONI?

Contemporaneamente all'ossidazione dei composti, avremo una riduzione dei derivati vitaminici NAD e FAD.

Questi effettuano deidrogenasi, devono togliere due IDROGENI, ma tolgono direttamente un IDRURO H°°.

NADH --> IDRURO.

Nel caso di una riduzione di un chetone avremo la seguente:

IL FAD prende due atomi di idrogeno:

Legami

• Estere, Alcool + Acido.
• Anidridico, Acido + Acido.
• Anidridico, Acido + Acido.
• Fosfoestere, Alcool + Fosforo.
• Fosfoanidridico, Acido + Fosfato.
• Tioestere, Tiolo + Acido.
• Emiacetalico, Aldeide + Alcool.
• Emichetalico, Chetone + Alcool.
• Glicosidico.

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Martedì 10 ottobre 2017 17:34

NAD

ADP.

• Ribosio.
• Parte funzionale.

FAD

ADP.

• Ribitolo.
• Gruppo funzionale (anello isoallozimico con azoti terziari che non saranno mai +).

Cinetica enzimatica

Enzimi normali

Un substrato deve avere un legame stabile, varia nel tempo. Analizziamo tutto prendendo in considerazione una quantità di enzima costante.

Km, quantità di substrato necessaria per far funzionare l'enzima alla metà della sua velocità.

• Se la Km aumenta vuol dire che il substrato ha poca affinità, invece se è bassa vuol dire che è ad alta affinità.

Kcat, anche detta costante catalitica, è la costante di formazione del prodotto.

Vmax = Kcat [Etot].

La Vmax non è costante e non ci dice nulla di un enzima (varia alla quantità di E).

• La Km è costante.

Enzimi allosterici

Hanno un altro sito di legame per il modulatore allosterico.

Omotropici: uguali al substrato.

Eterotropici: diversi dal substrato.

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Hanno un altro sito di legame per il modulatore allosterico.

Omotropici: uguali al substrato.

Eterotropici: diversi dal substrato.

Enzimi allosterici, modulatori del metabolismo --> punti in cui il DELTA G < 0, probabilmente ci sarà un enzima di controllo.

Il grafico ci introduce il concetto di cooperatività.

A. Per piccole aggiunte di substrato, inizialmente è a bassa affinità.

B. Nella curva rossa possiamo vedere che dopo poco, l'enzima avrà raggiunto la forma ad alta affinità (Relaxed).

C. La forma tesa verrà chiamata Tense.

D. Le due forme spingeranno l'equilibro di legame da un lato o dall'altro.

Controllo del metabolismo

a. Allosterico (agisce localmente).

Ormonale.

b. Covalente, controllo sistemico, che porta ad una modificazione covalente degli enzimi, OH. possibile solo sugli amminoacidi che hanno un.

Chinasi, attiva gli ormoni perché fosforila.

Fosfatasi, disattiva gli ormoni perché idrolizza.

NB: TRANSIENTI, RAPIDI.

ORMONI LENTI.

• Tiroidei.
• Steroidei interagiscono a livello genetico.

Degradazione

Compartimentalizzazione

Spostamento degli enzimi in diversi comparti (anche perché possono funzionare ad acidità diverse).

• Un modulatore allosterico può avere un effetto diverso su enzimi di via anabolica e catabolica.

GLUCOSIO.

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Giovedì 12 ottobre 2017 17:30

Trasformazione di glutammato in acido chetoglutarico:

L'ammoniaca è una base e a pH intracellulare è protonata.

Assorbimento degli esosi

Subito dopo i pasti troviamo che il glucosio entra negli enterociti secondo un meccanismo di trasporto attivo in due fasi:

• Il glucosio entra in simporto con il flusso del sodio (Na+).
• Il sodio mantiene il suo gradiente grazie alle pompe Na+/K+ (che consumano ATP).

Una volta che il glucosio è entrato negli enterociti, deve passare nel flusso sanguigno. Passaggio totalmente passivo (poiché si crea un gradiente di concentrazione elevato negli enterociti).

Definiamo glicemia, la concentrazione di glucosio nel sangue: 80-120 mg/dl oppure 0,8 - 1 g/L. Questo è il valore della glicemia basale.

A questo punto il sangue porta il glucosio a tutte le cellule, che lo fanno entrare passivamente: il meccanismo di entrata è distribuito secondo una priorità attraverso 14 trasportatori. Quelli più importanti su cui ci soffermeremo sono: GLUT 1 - GLUT 2 - GLUT 3 - GLUT 4 - GLUT 5.

Innanzi tutto schematizziamo i vari trasportatori in maniera molto semplice: La foto si spiega da sola.

• Da questa considerazione possiamo vedere come la situazione sia molto simile agli enzimi. Possiamo ricavare anche qui il grafico di Michaelis Menten.
• I vari trasportatori GLUT hanno la caratteristica di avere un'affinità diversa (la Kt come detto nella lezione precedente).

Affinità e Km/Kt.

In particolare:

• GLUT 1 = 3 mM.
• GLUT 2 = 17 mM.
• GLUT 3 = 1,4 mM.
• GLUT 4 = 5 mM.

GLUT 2

È quello che tra i 4 ha un'affinità minore: questo stato lo obbliga ad attivarsi solo in presenza di tanto glucosio (dopo i pasti).

• È localizzato nel fegato e nel pancreas.
• Ha un'alta capacità di trasporto (sono tanti recettori).
• Il glucosio dentro il pancreas serve per fare rilasciare l'insulina. Come avviene il processo?

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Il glucosio dentro il pancreas serve per fare rilasciare l'insulina. Come avviene il processo?

In parole povere,

• Il glucosio viene catabolizzato per generare ATP. Questa
• Blocca i canali per il sodio, che accumulandosi fa
• Depolarizzare la membrana plasmatica:
• Entra adesso il calcio che provoca il rilascio insulinico.

L'insulina dovrà essere attivata mediante questo processo indicato in figura.

La forma inattiva comprende 110 aa. Quella attiva ne comprende 30.

Da sottolineare l'importanza del peptide C che viene perso che ci permette di capire se il diabete di tipo II è conclamato o allo stato iniziale.

L'insulina, mediante un meccanismo di trasduzione del segnale: L'insulina permette la traslocazione dei recettori GLUT 4 (5 mM), facendo entrare il glucosio nei tessuti metabolicamente attivi:

• T. Cardiaco.
• T. Muscolare.
• T. Adiposo.

A volte possiamo avere un'insulinoresistenza (diabete) che non permette l'ingresso di glucosio.

GLUT 1 e GLUT 3

• Glut 1, è molto presente nel globulo rosso e nella barriera EMATOENCEFALICA. È ubiquitario.
• Glut 3, è presente nei neuroni.

I tre punti fondamentali da ricordare sono:

• Affinità.
• Capacità.
• Specificità.

Cosa succede quando il glucosio entra nella cellula?

1) Fosforilazione del glucosio

Avviene ad opera dell'ATP, viene stabilito un legame estere in posizione 6. Gli enzimi coinvolti sono:

• Glucochinasi (Esochinasi IV).
• Esochinasi.

Reazione ATP dipendente.

La glucochinasi è presente solo in fegato e pancreas, perché essendo a bassa affinità (10 mM), intrappola il glucosio in fegato e pancreas solo quando la concentrazione è molto alta (da la precedenza). L'esochinasi invece (0,1 mM) è ad altissima affinità ed è ubiquitaria.

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Glicolisi (via di Embden-Meyerhof)

• Aerobia.
• Anaerobia.

Caratteri salienti della glicolisi: 1. Produce metaboliti intermedi 2. Localizzata nel citoplasma 3. Converte parte dell'energia metabolica del glucosio.

La possiamo dividere in due tappe:

I. G6P + ATP --> 2GA3P + ADP.

II. 2GA3P + 4ADP + 2Pi + 2NAD+ --> 2Piruvato + 4ATP.

Reazioni:

• Fosforilazione del glucosio (vedi sopra). FASE DI INVESTIMENTO.
• Isomerizzazione del glucosio6P a fruttosio6P: non richiede energia. Enzima = Fosfoesosoisomerasi.
• Aggiungere un fosfato al carbonio 1 facendo diventare tutto FRUTTOSIO1,6BISFOSFATO. Enzima = Fosfofruttochinasi I.
• Scissione del fruttosio 1,6 bisfosfato in diidrossiacetoneP e gliceraldeideP. Enzima = Aldolasi.
• Isomerizzazione del diidrossiacetone in gliceraldeide ad opera della TRIOSOFOSFATOISOMERASI.

Da adesso in poi dobbiamo ragionare facendo attenzione al fatto che le molecole di gliceraldeide sono 2.

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Da adesso in poi dobbiamo ragionare facendo attenzione al fatto che le molecole di gliceraldeide sono 2.

FINE 1° STADIO:

G6P + ATP --> 2GA3P + ADP.

INIZIO SECONDA FASE, recupero energetico.

• Deidrogenazione della gliceraldeide3P con creazione di 1,3 Bisfosfoglicerato. Enzima = Gliceraldeide3fosfatodeidrogenasi. Viene ossidata l'aldeide.
• Perdita del PO3 del 1,3 Bisfosfoglicerato (quello in posizione 1) CON PRODUZIONE DI 2ATP. Enzima = Fosfoglicerato chinasi.
• Il 3 fosfoglicerato diventa 2 fosfoglicerato. Enzima = fosfoglicerato mutasi.
• Deidratazione del fosfoglicerato in FOSFOENOLPIRUVATO. Enzima = Enolasi.
• Perdita del gruppo fosfato e trasformazione in piruvato. Enzima = Piruvato chinasi. Partecipa anche l'ADP.

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Mettiamo le due equazioni vicine:

I. G6P + ATP --> 2GA3P + ADP.

II. 2GA3P + 4ADP + 2Pi + 2NAD+ --> 2Piruvato + 4ATP + (2NADH + 2H + 2H2O).

Sommiamo ed elidiamo i termini comuni:

G6P + 3ADP + 2Pi + 2NAD --> 2Piruvato + 3ATP + 2NADH + 2H + 2H2O.

NB = tutte le vie anaboliche e cataboliche, producono metaboliti intermedi, e questo fa sì che avvenga un intreccio tra tutti i metabolismi.

La glicolisi è un processo che acidifica.

Localizzata nel citoplasma, come la gluconeogenesi!!

Nella cellula il sito più importante è il mitocondrio.

La glicolisi non ossida completamente il glucosio (infatti abbiamo il piruvato).

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Martedì 17 ottobre 2017 18:24

Tutte le vie metaboliche, siano esse cataboliche o anaboliche, producono dei metaboliti intermedi e questo fa sì che avvenga un intreccio tra tutti i metabolismi.

La glicolisi è una via localizzata nel citosol (insieme alla gluconeogenesi, deve sapere cosa contrastare).

Nella cellula il sito catabolico più importante dove avvengono tutte le reazioni importanti è il mitocondrio.

La glicolisi non ossida completamente il glucosio e può avvenire in assenza di ossigeno (aerobia o anaerobia). Le due tappe della glicolisi sono una fase di spesa e una di resa.

La differenza tra glicolisi anaerobia e aerobia è sul destino del piruvato.

Tutte le reazioni che coinvolgono gruppi fosfato necessitano la presenza del magnesio.

Prima reazione: catalizzata esochinasi, reazione ATP dipendente e pertanto esoergonica.

Seconda reazione: isomerizzazione.

Terza: fosforilazione ATP dipendente ed è esoergonica.

Quarta reazione: Aldolasi, scissione di fruttosio in due molecole a tre atomi di.

Quinta reazione: isomerizzazione.

È intuitivo che le reazioni con delta negativo debbano essere regolate dalla cellula, per valutare se è il caso di spendere energia.

La sesta reazione, è la prima e unica OSSIDO-RIDUZIONE che richiede il NAD:

Nell'enzima abbiamo il NAD + (non legato covalentemente).

Un residuo di cisteina (con gruppo SH).

• Arriva la gliceraldeide 3 fosfato.
• Si forma un legame tra l'idrogeno della cisteina e la gliceraldeide (perdendo il doppio legame del gruppo aldeidico).
• Si forma così un tioemiacetale.
• Avviene un'ossidazione del carbonio, che ripristina così il suo doppio legame con conseguente perdita di 2H, che vengono presi dal NAD. Si forma un ACILTIOESTERE.
• A questo punto viene costituito il legame anidridico nel carbonio 1. (Questa reazione può essere facilmente inibita dai composti che si legano a un gruppo tiolico -- iodoacetati).

Settima reazione,

Qui avviene una fosforilazione a livello del substrato --> quando l'ATP si forma a spese di substrati che hanno legami a più alta energia rispetto al legame tra beta e gamma presente nell'ATP.

Ottava reazione,

Una volta che si è formato il 3 fosfoglicerato si ha uno spostamento del fosfato in posizione 2.

La mutasi contiene già un fosfato legato all'enzima, quindi entra il 3 fosfoglicerato, viene costituito un intermedio che è il 2,3 bisfosfoglicerato e poi viene rimosso il fosfato in 3.

Nona reazione,

Il composto viene trasformato in fosfoenolpiruvato dove enol sta ad indicare un doppio legame tra C3 e C2.

Siamo in presenza di un'altra fosforilazione a livello del substrato.

Decima reazione, catalizzato dalla piruvato chinasi.

1a parte, scissione del fosfato dal fosfoenolpiruvato.

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1a parte, scissione del fosfato dal fosfoenolpiruvato.

FOSFOENOLPIRUVATO + H2O --> PIRUVATO + Pi (questa scissione ha una delta G di -62 kj/mol).

ADP + Pi --> ATP (+30 kj/mol).

Perché il legame del fosfoenolpiruvato è così ad alta energia? Per via della tautomeria (ovvero la presenza di due forme diverse di uno stesso composto).

Dalla forma ENOLICA si passa a quella CHETONICA.

DOBBIAMO CONSIDERARE CHE LE CONCENTRAZIONI DEI PRODOTTI E REAGENTI RENDONO MOLTO ESOERGONICHE:

• La prima reazione che da -16,7 Kj/mol passa a -33,3 Kj/mol.
• La terza reazione che da -14,2 Kj/mol passa a -18,8 Kj/mol.
• La decima reazione che da -31,7 Kj/mol passa a -23 Kj/mol.

Il NAD deve essere riossidato

Il rapporto deve essere di 700.

Dobbiamo fermentare per potere riossidare il NADH.

FERMENTAZIONE ALCOLICA:

Piruvato --> Acetaldeide --> etanolo (ad opera della alcool deidrogenasi).

FERMENTAZIONE OMOLATTICA:

Avviene ad opera del piruvato e del NADH che porta tutto a lattato.

La lattico deidrogenasi è un enzima stereospecifico, se il composto è chirale, si forma sempre uno stereoisomero preciso.

ISOENZIMI (LATTICO DEIDROGENASI PER MUSCOLI E CUORE).

Sono 5 isoforme diverse.

Gli isoenzimi hanno siti di legame diversi con Km diversa.

Triosofosfato isomerasi

Arriva alla perfezione catalitica, dove l'unico ritardo è la velocità di diffusione di soluto nel solvente.

Effetto circe.

Metabolomi.

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Lunedì 23 ottobre 2017 18:41

• La glicolisi non è spinta dal glucosio, ma dal glucosio 6P.
• La conversione del piruvato in lattato è spinta dal rapporto NAD+/NADH.
• Quando l'ATP viene scisso impiega una molecola d'acqua e si dà vita a un H+ (x2).

ATP + H2O --> ADP + HPO4 + H+.

Il lattato che si forma viene trasportato dai trasportatori