Appunti di Biochimica

COENZIMI

È una molecola organica che lavora insieme a un enzima che lavora a

stretto contatto con un enzima per facilitare una vasta gamma di reazioni

chimiche. i coenzimi vengono sintetizzati a partire dai loro precursori, che

sono spesso vitamine.

Vitamine, sono micronutrienti essenziali per il nostro organismo. La

maggior parte delle vitamine deve essere introdotta con l’alimentazione

in quanto il nostro corpo non è in grado di di sintetizzarle.

Coenzimi notevoli NAD+ e FAD+H+

Sono enzimi che collaborano con enzimi della

categoria deidrogenasi, quindi sono impegnati

nel trasferimento di elettroni e protoni (+ e

H+)

Enzimi che catalizzano le Ox-redox

trasferiscono questi protoni ed elettroni a

questi coenzimi che si ridurranno

FAD: forma coenzimatica della vitamina

B2, accetta 2e- sono legati all’enzima da

legame covalente

NAD: forma coenzimatica della vitamina

B3, si riduce trasferendo su di se uno

ione idruro (= un H+ un e-) con

liberazione di uno ione H+

L’enzima si lega al coenzima in maniera

labile, con legami non covalenti,

consentendo al NADH + H+ di spostarsi nel mezzo e questo consente al

NAD+ tra le altre cose di raggiungere la fosforilazione ossidativa a livello

del mitocondrio dove si riossiderà.

La riossidazione mitocondriale del NADH necessita O2 e fornisce molta

energia, è un processo esoergonico che viene utilizzato dalla cellula per

produrre ATP

2[NADH + H+] + 02 = NAD+ + H2O

Metabolismo

È l’insieme tutti i processi di

trasformazioni chimici che

avvengono all’ interno di un

organismo

Queste trasformazioni possono

essere processi CATABOLICI o

ANABOLICI

CATABOLISMO: partendo da

 molecole complesse (come

lipidi, carboidrati, proteine) si

ottengono molecole più

semplici, CO2, H20, Urea.

Sono processi (almeno in

parte) ossidativi (- H)

Sono processi che portano alla

formazione di energia

ANABOLISMO: partendo da

 molecole semplici si ottengono

biomolecole più complesse

Sono processi riduttivi (+H)

Sono processi che hanno un costo

energetico

Nei meccanismi degradativi abbiamo

una convergenza verso alcuni

metaboliti in primis Acetil-CoA e le vie

biosintetiche usano intermedi comuni

per generare molte vie biosintetiche

dando poi origine a composti molto

diversi

Le vie metaboliche sono compartimentalizzate (es: la fosforilazione

ossidativa avviene nel mitocondrio).

Sono contrapposte (es: quando funziona la biosintesi del glicogeno non

funzionerà il catabolismo dello stesso)

La compartimentalizzazione comporta anche una spesa, in termini

energetici e quindi di ATP in quanto alcuni intermedi che dovranno essere

spostati attraverso delle membrane consumano ATP

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Avviene all’interno del mitocondrio:

Per poter avvenire servono 4 particolari

complessi proteici immersi nella membrana

interna. Queste grosse proteine trasportano

elettroni e protoni che serviranno poi a

produrre ATP

All’interno della membrana a interna,

nella matrice mitocondriale avvengono

le reazioni ossidative, cataboliche grazie ad

enzimi degradativi che forniscono a NAD e

FAD gli elettroni che strappano al substrato

La membrana interna è molto

selettivamente permeabile, il passaggio

dentro fuori è sempre mediato da un

trasportatore. Sulla membrana interna NAD

e FAD si ossidano ed e- e H+ vengono

trasportati dai complessi proteici per poi

trovare il suo accettore finale, l O2 e

formare acqua e fornire nel contempo molta

energia che la cellula immagazzina nei

legami P dell ATP

CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

Primo complesso: NADH deidrogenasi:

In questo complesso il NADH + H+ si ossida, gli elettroni vengono

spostati al fino a trovare

il co-enzima Q che gli permette di spostarsi all’interno della membrana,

verso il complesso 3.

L’ossidazione del NADH e il passaggio di elettroni attraverso il complesso

rilascia energia che permette alla sua pompa protonica di pompare 4 H+

nello spazio intermembrana

Secondo complesso: succinato deidrogenasi:

Questo complesso proteico è un enzima del ciclo di Krebs e contiene un

FAD, non attraversa la membrana ma sta solo sul lato interno, dove

avviene appunto il ciclo di Krebs, quando ossida il succinato porta nel FAD

due è- che poi verranno trasportati, come per il primo complesso al co-

enzima Q per andare al complesso 3

Questo complesso non pompa H+, gli ioni idrogeno che si liberano

quando il FADH2 si ossida lo fanno nella matrice

Terzo complesso: Citocromo bc1

IL coenzima Q trasferisce gli elettroni a questo complesso che, dopo vari

passaggi darà gli elettroni, uno alla volta ad una proteina, il citocromo C

che porterà questi elettroni al complesso 4 muovendosi nello spazio inter-

membrana.

Il passaggio di 2 elettroni (derivanti da NAD o FAD) in questo complesso

permettono alla sua pompa protonica di pompare 4 H+ nello spazio

intermembrana

Quarto complesso: Citocromo ossidasi

Gli elettroni forniti dal citocromo c vengono trasferiti di nuovo verso la

matrice dove troverà H+ e O2 e formerà acqua metabolica.

Il passaggio finale di questi 2 elettroni in questo complesso permette alla

pompa protonica di pompare 2 H+ nello spazio Intermembrana

Questo processo spontaneo sposta

10 protoni per ogni NAD che si

ossida sul complesso 1 e 6 protoni

per ogni FAD che si ossida sul

complesso 2

Questo accumulo di protoni nello

spazio intermembrana genera un

gradiente protonico importante.

Nella membrana interna è presente un

ultimo complesso:

Quinto complesso: ATP Sintetasi

È una macrostruttura di membrana formata da varie catene proteiche che

possiamo distinguere in due parti, la parte F0 e quella F1.

F0 è quella integrata alla membrana cellulare e forma un canale in cui

passano gli ioni H+, visto che il gradiente protonico è molto elevato

questo passaggio può generare una energia molto grande, che la proteina

utilizza per il movimento di una parte della proteina.

F1 è quella parte del complesso che non si muove ma che accoglie i siti

catalitici per la produzione di ATP.

Una sezione della unità F1 ci mostra che i

tre siti catalitici compiono la stessa azione

ma in momenti diversi, in ogni F1 avremo

sempre un sito che lega ADP e il gruppo

fosfato, uno con l’ATP che si è appena

formato e uno in cui si è appena staccato.

Questo grazie alla forza meccanica che la

parte mobile della proteina atp sintasi

genera sulla parte fissa

Ogni 3 H+ che entrano nella cellula da

ATP sintasi La rotazione di 120° di una

parte della molecola genere per forza

meccanica delle riconfigurazioni in F2 che

forzano, nel sito in cui c’era ADP e il

gruppo Pi la sintesi di ATP, nel sito in cui

c’era ATP, la sua fuoriuscita e in quello che

era vuoto l’immissione di ADP+ Pi

Abbiamo detto che la membrana interna è

impermeabile senza trasportatori, vale anche

per l’ADP e l’ATP. Avremo quindi una proteina di

membrana di tipo antiporto (entra ADP esce ATP)

Nella membrana interna devono essere presenti

anche i gruppi fosfato e infatti abbiamo un altra

proteina di membrana trasportatrice, questa

volta di tipo simporto per questa funzione, il

simporto sarà appunto con il gruppo fosfato e un

H+ che dallo spazio intermembrana andranno

verso la matrice

Quindi tendendo presente tutti questi fattori possiamo dire che per

rigenerare un ADP in ATP servirà il passaggio di 4H+ attraverso la

membrana interna, 3 nella ATP sintasi e uno nel canale simporto del Pi

Quindi per ogni ossidazione di NAD si spostano 10 protoni nello spazio

intermembrana il che ci porta, per i passaggi sopracitati, a dire che: [10/4

] per ogni NAD si formano 2,5 ATP

Per il FAD la resa è minore, trasportando solo 6 H+ genera solo [6/4] 1,5

ATP ad ogni ossidazione

Il processo di regolazione della fosforilazione ossidativa è basata sulla

carica energetica cellulare (se l’ATP↓ la velocità di trasporto e la

fosforilazione ossidativa si intensifica e viceversa)

METABOLISMO DEL GLUCOSIO:

GLICOLILSI

Il glucosio è un substrato energetico utilizzato da tutte le cellule ed entra

nel citosol tramite trasportatori di membrana del glucosio ( il glucosio è

una molecola polare e non potrebbe attraversare la membrana cellulare

apolare )

Questi trasportatori hanno due

conformazioni una aperta all’esterno

e ricettiva allo zucchero, e una

introflessa che ha l’apertura verso la

cellula.

La glicolisi avviene all’interno del

citosol ed è una catena di 10 reazioni

(catalizzate dai rispettivi enzimi), la

maggior parte di queste reazioni ha

un ΔG molto vicino allo 0 per cui sono

reazioni reversibili, ma c’è una tappa

con ΔG molto negativa, l’ultima, che

trasforma il Fosfoenolpiruvato in

Piruvato che rende la catena di

reazioni irreversibile, ci sono inoltre

alcune reazioni che, pur essendo reversibili, se percorse in senso inverso

sono mediate da enzimi diversi.

La glicolisi, in sintesi, è la trasformazione di una molecola di Glucosio a

due molecole di Piruvato. E tutte le cellule del nostro organismo fanno

glicolisi.

In condizioni aerobiche e in presenza di mitocondri il piruvato viene

convertito ad acetil CoA ed entra nel Ciclo di Krebs nella matrice

mitocondriale dove verrò ossidato totalmente per t ridurre tanti NAD e

FAD che verranno poi ossidati per alimentare la fosforilazione ossidativa.

In condizioni anaerobiche, o in alcuni tipi di tessuti, quindi se abbiamo

una carenza di ossigeno, indispensabile per riossidare tutto il NADH e il

FADH2; in questi casi il piruvato viene convertito in lattato con il

vantaggio che il NADH viene riossidato a NAD+ anche nel caso di cellule

dove il mitocondrio è assente

Le molecole di ATP prodotte in glicolisi non vengono prodotte da ATP

sintasi ma da altri meccanismi, I protoni di NADH invece riescono ad

entrare nel mitocondrio mediate da altre molecole

Nella fase di investimento energetico il glucosio si trasforma in fruttosio

ed acquisisce due gruppi fosfato in posizioni 1 e 6. Quindi la molecole

viene scissa in due diverse molecole da tre atomi di C ciascuno; la

molecola che va avanti nella glicolisi è la gliceraldeide 3-P ma anche

l’idrossiacetone fosfato diventa per isomerizzazione un gliceraldeide 3-P,

quindi da questo punto in poi i guadagni saranno considerati x2 in quanto

possiamo dire che ogni glucosio a questo punto ci fornisce 2 gliceraldeide

3-p.

Questa reazione, non reversibile è regolata allostericamente da ATP e

AMP e il 2-