Appunti Biochimica - 4/5

In totale il complesso enzimatico è composto da 60 catene polipeptidiche organizzate in 3 domini funzionali. Il dominio E₁ è chiamato anche complesso della piruvato deidrogenasi, il dominio E₂ è chiamato dominio della diidrolipoil-transacetilasi e il dominio E₃ è chiamato dominio della diidrolipoil-deidrogenasi. Rispettivamente questi domini sono composti da 24, 12 e 12 catene polipeptidiche. Tutti questi enzimi sono insieme perché tutti gli intermedi della reazione non abbandonano il complesso enzimatico ma sono substrato del passaggio successivo (il tutto è più veloce così).

Il complesso E₁ lega il piruvato ed ha come coenzima la tiamina-pirofosfato (TPP) (NB: la tiamina è la vitamina B1) La parte reattiva della TTP è l’eterociclo a 5 termini che contiene un protone acido che può essere strappato.

Il carbanione generato dalla deprotonazione di questo protone è quindi in grado di compiere un attacco nucleofilo al piruvato.

L'intermedio tetraedrico evolve perdendo CO₂. Il prodotto è poi stabilizzato per risonanza. Per successiva protonazione si ottiene l'idrossietil-TPP. Il fatto che questa reazione sia spostata verso destra è dovuto a due motivi principali: il primo è il carattere elettro-affino dell'azoto; il secondo è la stabilizzazione per risonanza dell'idrossietil-TPP deprotonato. A questo punto, l'intermedio idrossietil-TPP si trasferisce dal complesso E₁ al complesso E₂.

Reazioni nel complesso E₂:

Il complesso E₂ (diidrolipoil-transacetilasi) si occupa di trasferire il gruppo acetile dell'idrossietil-TPP al CoA-SH. Per fare questo, ha bisogno di un coenzima: l'acido lipoico (forma inattiva), che viene attivata grazie alla formazione di un legame ammidico tra l'acido lipoico e l'NH₂ di un residuo di Lys dell'enzima, ottenendo la lipoammide. Il coenzima in realtà è quindi un gruppo prostetico. La parte reattiva (S-S) è quindi sorretta da una lunga catena alifatica (c'è anche Lys).

Questo perché la parte reattiva si deve avvicinare all'idrossietil-TPP per prendere il gruppo acetile, poi il "braccio" si deve spostare per portare il gruppo acetile sul CoA-SH.

La lipoammide viene acetilata perché si rompe il ponte disolfuro, l'S-C se forma cunei un attacco nucleofilo dell'idrossietil-TPP riformando il TPP.

Le reazioni del ciclo di Krebs

• Acetil-CoA
• Ossalacetato
• Malato
• Fumarato
• Succinato
• Succinil-CoA
• α-Chetoglutarato
• Isocitrato
• Cis-aconitato
• Citrato

Il CoA funge da trasportatore del gruppo acetile ma non partecipa alla reazione e non subisce trasformazioni.

Il ciclo di Krebs è una via metabolica composta da 10 reazioni dove vengono degradati (ossidati) gli atomi di carbonio del gruppo acetile legato al CoA.

Fosforilazione Ossidativa

Lo scopo principale della fosforilazione ossidativa è quello di ossidare i coenzimi ridotti (NADH e FADH₂) che si sono formati durante il metabolismo degli zuccheri. Si ha quindi l'ossidazione di NADH e FADH₂ e l'energia elettrochimica ottenuta da questa ossidazione viene usata per fosforilare ADP, AMP per ottenere ATP.

Questo processo avviene sulla membrana mitocondriale interna. Il NADH prodotto dalla glicolisi si trova nel citoplasma, quindi viene trasportato all'interno del mitocondrio grazie a dei sistemi navetta.

Ad oggi conosciamo due sistemi navetta: il sistema navetta malato-aspartato (presente nel fegato, rene e cuore) e il sistema navetta del glicerolo-3P (presente nel muscolo scheletrico e nel cervello).

• Sistema navetta malato-aspartato:

Sostanzialmente il NADH presente nel citosol viene usato come riducente per ridurre l'ossalacetato a malato, il quale viene trasportato

- Complesso 1: NADH-Q ossidoreduttasi:

Il NADH presente nella matrice mitocondriale si ossida, cedendo i propri elettroni al FMN che si riduce a FMNH₂ (FMN accetta entrambi gli elettroni).

FMNH₂ poi cede uno dei due elettroni ad una FeS proteina il quale cede l'e ad un'altra FeS proteina per poi riprenderle il secondo e dal FMNH₂.

I due centri Fe-S cedono poi l'elettrone all'ubichinone che prende entrambi gli elettroni e si riduce a QH₂.

Durante il passaggio degli elettroni il complesso subisce dei riarrangiamenti strutturali (non sappiamo esattamente quali), che portano 4H⁺ dalla matrice mitocondriale allo spazio transmembranario.

- Complesso 2: Succinato redattasi:

La succinato deidrogenasi, enzima che nel ciclo di Krebs converte il succinato in fumarato, è una subunità del complesso detto succinato redattasi. Il FADH₂ prodotto dalla reazione della succinato deidrogenasi, non viene rilasciato ma viene riossidato e il FADH₂ cede i propri elettroni ad un centro Fe-S, il quale lo cede ad un altro centro Fe-S, per poi riprendere il secondo. I due elettroni vengono trasferiti all'ubichinone che diventa quindi ubichinolo.

Il gruppo EME non è coinvolto nel trasporto degli elettroni, ma protegge il complesso dallo stress ossidativo. Questo complesso non ossida solo il FADH₂ prodotto dal ciclo di Krebs, ma può legare anche il FADH₂ libero (che non deriva dal ciclo di Krebs).

fosfato inorganico dentro il mitocondrio e uno ione H⁺, per mantenere l'elettroneutralità.

- I veleni mitocondriali: La maggior parte dei veleni mitocondriali funzionano perché agiscono da agenti disaccoppianti, ovvero fanno rientrare i protoni nelle matrice mitocondriale (non attraverso l'ATP sintasi o UCP), senza termine di disaccopiante il fatto che vengano sciolsi i gradienti non indispensabili ed ossfossilazione nelle emissioni successive. Non essendoci più il gradiente elettrochimico viene bloccata la sintesi dell'ATP e le cellule muoiono.

- Quanta ATP da una molecola di glucosio? La glicolisi produce 2NADH e 2ATP, le piruvato deidrogenasi produce 2NADH, il ciclo di Krebs produce 6NADH, 2FADH₂, 2GTP (2ATP). Le due molecole di NADH prodotte dalla glicolisi producono una diversa quantità di ATP a secondo delle navette (shuttle) che usano per entrare nel mitocondrio. In quanto se utilizza la navetta malato-aspartato rimane NADH e quindi producono 10•2 = 20e⁻ mentre se usano le navetto del glicerolo-3P verranno convertiti in FADH₂ e quindi produrremo 6•2 = 12e⁻. In totale si hanno quindi:

• 10NADH: 10e⁻ • 2FADH₂: 6e⁻ = 112e⁻ = 28ATP

• 32ATP CON MALATO-ASPARTATO
• 30ATP CON GLICEROLO-3P

1. 8NADH: 10e⁻ • 2FADH₂: 6 = 10e⁻ = 26ATP

L'ossalacetato prodotto si trova nella matrice mitocondriale, deve però uscire perché le reazioni successive hanno luogo nel citoplasma. L'ossalacetato viene infatti convertito in malato dall'enzima malato deidrogenasi, e il malato esce dal mitocondrio in antiporto con α-chetoglutarato (reazione inversa al sistema navetta). Quando il malato è uscito dal mitocondrio diventa substrato della malato deidrogenasi citosolica che lo riconverte in ossalacetato:

L'ossalacetato fuori dal mitocondrio diventa substrato dell'enzima PEP-carbossichinasi (PhosfoEnolPiruvato), il quale usa GTP per decarbossilare e fosforilare l'ossalacetato producendo quindi il fosfoenolpiruvato:

Ho ottenuto il fosfoenolpiruvato, sono quindi riuscito ad invertire la 10° reazione irreversibile della glicolisi. Fino alla 3° reazione della glicolisi sono tutte reversibili, quindi adesso avvengono tutte le reazioni della glicolisi, ma al contrario, fino ad ottenere il fruttosio-1,6-bisfosfato, in quanto la 3° reazione della glicolisi è irreversibile.