Appunti di Chimica biologica

IV.

V. Trasferimento del braccio della diidrolipoamide nel sito attivo di E3 per la riossidazione

VI. Trasferimento di protoni ed elettroni al NAD+ per completare il ciclo

Regolazione della piruvato deidrogenasi

Esistono due modi per controllare la decarbossilazione del piruvato

o concentrazione di acetil CoA è sinonimo di elevata energia e

Inibizione da prodotto: un’elevata

quindi inibirà la decarbossilazione del piruvato; lo stesso vale per il NADH

o Modificazione covalente

CICLO DI KREBS

È un processo metabolico fondamentale che permette la formazione di

elevate quantità di energia; è un processo ciclico di 8 tappe che avviene

totalmente nel mitocondrio: 7 nella matrice e 1 nella membrana

mitocondriale interna. In carenza di ossigeno il mitocondrio non funziona

e quindi il ciclo dell’acido citrico non può avvenire.

1. Condensazione di Claisen e idrolisi

L’acetil-CoA (2C) reagisce con l’ossalacetato (4C) per ottenere il citrato,

questa reazione è seguita da idrolisi che rilascia il residuo di CoA. Quando

l’ossalacetato, l’enzima

lega citrato sintasi cambia conformazione

portando i substrati molto vicini, orientandoli e polarizzando specifici

per l’acetil-CoA

legami. In questo modo si crea il sito specifico e

quest’ultimo non viene idrolizzato.

L’enzima è in grado di idrolizzare il citril CoA ma non l’acetil

(intermedio)

l’acetil CoA non si lega all’enzima finché l’ossalacetato

CoA in quanto I

non è legato e pronto alla condensazione II i residui catalitici cruciali per

l’idrolisi del tioestere non sono posizionati in modo appropriato finché non si forma il citril CoA

Il meccanismo di reazione è molto complesso: coinvolge una catalisi acido-base (His320 e Asp375) e un

aa His274 che è lo stabilizzante della reazione in quanto forma legami a H.

L’ossalacetato con l’acetil CoA

è in grado di interagire solo se ad essa è stato rimosso un protone metilico:

si forma l’acetil CoA enolato stabilizzato da Hys274 che determina l’attacco nucleofilico.

(legame H) dell’enolato

Hys funziona da acido e cede il protone al carbonile, si determina un attacco nucleofilo verso

il carbonile dell’ossalacetato per produrre l’intermedio. Il citril CoA si trova nelle condizioni ideali e

subisce la reazione di idrolisi, si libera CoA e si forma il citrato.

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catalizza l’isomerizzazione del citrato a

2. Aconitasi

isocitrato attraverso la formazione dell’intermedio cis-

aconitato. Segue poi una prima addizione di una molecola

d’acqua per ossidare il doppio legame a gruppo ossidrilico e

ottiene l’isocitrato.

una seconda addizione di acqua per

Due reazioni di deidrogenazione che permettono di formare composti a elevata energia e coenzimi come

NADH.

3. Isocitrato deidrogenasi l’enzima catalizza l’ossidazione dell’isocitrato a ossalsuccinato, che genera

una molecola di NADH a partire da

NAD+; successivamente si ha una

decarbossilazione che porta alla

formazione di α-chetoglutarato.

α-chetoglutarato in α-chetoglutarato

4. deidrogenasi la conversione dell’isocitrato è seguita da una

seconda reazione di decarbossilazione ossidativa che porta alla formazione di succinil CoA: la

decarbossilazione ossidativa dell’α-chetoglutarato è

molto simile a quella del piruvato, un altro α-chetoacido.

Entrambe le reazioni includono la decarbossilazione di un

α-chetoacido e la conseguente produzione di un legame

tioestere ad alta energia con il coenzima A.

5. Succinil-CoA sintetasi viene generata una molecola di GTP: un gruppo fosfato inorganico si sostituisce

al legame ad alta energia (tioestere) con cui è legato il Co-A, successivamente il

gruppo fosfato è ceduto ad una molecola di GDP trasformandolo in GTP; il prodotto

della reazione è il succinato.

L’energia del tioestere favorisce il trasferimento del gruppo fosfato sul GDP.

Esiste un’isoforma specifica per l’ADP nel muscolo e una per il GDP nel fegato.

Il meccanismo di reazione è complesso: il gruppo fosfato interagisce attraverso

un’anidride mista, il succinil fosfato il quale si forma con la fuoriuscita di CoA.

Attraverso un residuo di His presente a livello enzimatico, si cede un gruppo fosfato e si ottiene un

intermedio a elevata energia, il 3 fosfo istidina; in seguito cede gruppo al GDP per formare GTP, si

ripristina l’enzima nella sua condizione e si ottiene il succinato e una prima molecola di GTP.

6. Succinato deidrogenasi si forma FADH 2

Il succinato è deidrogenato a fumarato stereospecificamente

dalla flavoproteina succinato deidrogenasi con produzione

di FADH2. La succinato deidrogenasi è il solo enzima di FAD è l’accettore di atomi di idrogeno

membrana del ciclo di Krebs (catena di trasporto degli elettroni); il

in questa reazione in quanto la variazione di energia libera è troppo piccola per ridurre il NAD+.

7. Fumarasi

La fumarasi catalizza l’idratazione reversibile del

fumarato, si forma (S)-malato, altrimenti detto

(L)-malato. È una reazione stereospecifica, viene

idratato il doppio legame trans ma non quello cis. 40

8. Malato deidrogenasi

L’ossidazione del malato è favorita dall’utilizzo dei prodotti:

l’ossalacetato da parte della citrato sintasi e il NADH dalla

catena di trasporto degli elettroni. Infatti, la reazione

successiva catalizzata dalla citrato sintasi è altamente favorita (molto esoergonica) e sottrae l’ossalacetato

spingendo la reazione catalizzata dalla malato deidrogenasi verso destra (rendendola di fatto esoergonica).

QUINDI il ciclo di Krebs permette la massima produzione di energia

→

+ +

Acetil CoA + 3 NAD + FAD + GDP + Pi + H O 2 CO + 3 NADH + FADH + GTP +2 H + CoA

2 2 2

Il ciclo di Krebs viene controllato da enzimi lontani dall’equilibrio chimico, ovvero che hanno una

– – α-chetoglutarato

reazione esoergonica molto spinta: citrato sintasi isocitrato deidrogenasi deidrogenasi

Regolazione del ciclo di Krebs ma la formazione dell’acetil-CoA

Il glucosio si può formare dal piruvato, dal piruvato è una reazione

possono riconvertire l’acetil-CoA

irreversibile negli animali, i quali non in glucosio. La decarbossilazione

indirizza gli atomi di carbonio verso l’ossidazione a CO

ossidativa del piruvato in acetil-CoA attraverso

2

il ciclo di Krebs oppure attraverso l’incorporazione nei lipidi.

La piruvato deidrogenasi è inibita da ATP, acetil-CoA e NADH e stimolata da AMP, HSCoA e NAD+.

La citrato sintasi è inibita da ATP, NADH e citrato e stimolata da ADP. Le deidrogenasi che catalizzano

le reazioni di carbossilazione ossidativa sono inibite allostericamente da ATP e da NADH (alta carica

energetica).

Il ciclo di Krebs ha anche una funzione anabolica oltre che catabolica (ciclo anfibolico), questo perché

fornisce i metaboliti per la gluconeogenesi, la sintesi degli acidi grassi e la sintesi degli amminoacidi

Il riempimento del ciclo (reazioni anaplerotiche)

Gli intermedi del ciclo dell’acido citrico possono essere riforniti da altre vie metaboliche, le reazioni

anaplerotiche. Questo serve per impedire che il ciclo si interrompa nel caso in cui alcuni prodotti vengano

sottratti e indirizzati verso altre vie.

Rendimento energetico

Per ogni giro del ciclo di Krebs si producono 3 NADH, 1 FADH e 1 GTP. I coenzimi ridotti scaricano i

2

loro elettroni sulla catena respiratoria e per ogni NADH si producono 3 ATP, mentre per ogni FADH se

2

ne producono 2. Il GTP vale 1 ATP perché il fosfato terminale può essere trasferito sull’ADP per produrre

→ GDP

ATP nella reazione GDP + ADP + ATP

In totale ogni molecola di Acetil CoA che entra nel ciclo di Krebs equivale a 12 molecole di ATP.

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10. METABOLISMO LIPIDICO

Il metabolismo dei lipidi consiste in digestione, assorbimento e trasporto.

I Digestione

Il processo di digestione avviene mediante l’utilizzo dei sali biliari in grado di

emulsionare i lipidi; a livello pancreatico troviamo degli enzimi che sono in

grado di degradare i lipidi (strutture complesse) in strutture più semplici

(prodotti primari) ovvero acidi grassi liberi, monoacilgliceroli oppure in

colesterolo. I sali biliari aumentano la superficie di contatto con le lipasi e

migliorano così l’assorbimento intestinale: ciò è possibile perché i sali biliari

di quest’ultimo, contengono

sono derivati del colesterolo e, a differenza

all’interno della loro struttura gruppi carbossilici che sono polari. Per questo

motivo hanno la possibilità di interagire con i trigliceridi avvolgendoli.

II Assorbimento

A livello intestinale i triacilgliceroli vengono degradati da specifiche lipasi. L’idrolisi dei trigliceridi

determina la liberazione degli acidi grassi e di monoacilgliceroli. Quest’ultimi sono in grado di permeare

attraverso la membrana intestinale verso le cellule della mucosa dove vengono riassemblati a dare

nuovamente triacilgliceroli (con struttura diversa rispetto a quella iniziale). A questo punto vengono

trasportati attraverso i chilomicroni verso il sistema linfatico che a sua volta trasporterà i nuovi trigliceridi

verso i comparti che li necessitano.

III Trasporto

I chilomicroni sono le strutture lipoproteiche addette al trasporto dei trigliceridi.

Lipoproteine plasmatiche

A causa della loro insolubilità, i lipidi richiedono proteine di trasporto per essere veicolati: nel sangue

sono le apoproteine a svolgere questo compito. Esse si associano ai lipidi e formano le lipoproteine

circolanti, ovvero complessi macromolecolari sferici composti da lipidi e specifiche proteine, ovvero

chilomicroni, VLDL, LDL, HDL. Vengono classificate in base alla loro densità.

nell’intestino tenue, formando micelle miste

QUINDI I i sali biliari emulsionano i grassi II le lipasi

intestinali degradano i trigliceridi III gli acidi grassi e gli altri prodotti della degradazione sono assunti

dalla mucosa intestinale e convertiti in trigliceridi IV i trigliceridi sono incorporati insieme a colesterolo

e apolipoproteine nei chilomicroni V i chilomicroni arrivano ai tessuti attraverso il sistema linfatico e il

flusso sanguigno VI la lipoproteina lipasi rilascia acidi grassi e glicerolo VII gli acidi grassi entrano nelle

cellule VIII gli acidi grassi vengono ossidati per ricavare energia o riesterificati per essere conservati

Utilizzo dei lipidi

Le fonti dei lipidi per il nostro organismo sono essenzialmente 3:

- Dalla biosintesi epatica dei carboidrati in eccesso

- Dai grassi della dieta

- Dalla mobilizzazione dal tessuto adiposo attraverso un sistema ormone sensibile

Esistono tre sistemi per utilizzar