Biochimica 1

NADPH

NADPH è costituito da una adenosina, un ribosio e la nicotinammide, cioè la parte attiva che può sottostare ad un equilibrio redox. All'ossigeno del ribosio si possono legare al posto della X presente nell'immagine a fianco, o l'idrogeno e in questo caso si ha il NADH; oppure un fosfato che forma il NADPH. Questa posizione è piuttosto lontana dalla parte attiva della molecola, perciò le caratteristiche redox del NADH e del NADPH sono molto simili, però presentano due funzioni diverse e due significati diversi.

Meccanismo di riduzione del NAD+

L'anello nicotinammidico nel NAD+ ha una carica positiva sull'azoto, grazie a ciò si può ridurre per acquisto di uno ione idruro (idrogeno con due elettroni) e diventare NADH. Perciò la molecola è diversa quando è ossidata e quando è ridotta. Infatti, guardando lo spettro di assorbimento UV-visibile, quindi la capacità di assorbire la luce.

entrambe hanno un massimo di assorbimento a 260nm, però soltanto la forma ridotta ha un massimo di assorbimento a 340nm, a cavallo tra UV e visibile. Questa lunghezza d'onda non è molto comoda perché nello spettrofotometro, per analizzare le interazioni della luce ultravioletta e del visibile con il campione, vengono utilizzate due lampade. Quella per il visibile è alogena, ma la lampada per l'ultravioletto è a deuterio; questo vuol dire che lo strumento quando deve passare da una radiazione ultravioletta a una nel visibile, deve cambiare anche sorgente luminosa e questo cambio avviene attorno ai 340nm, quindi la sensibilità dello strumento è un po' più bassa.

Essendo ad alta energia, il NADH e il NAD+ sono spesso presenti nelle reazioni. È possibile vedere come prosegue la reazione inserendo la miscela nella cuvetta e analizzandola allo spettrofotometro a 340nm. Si può notare che aumenta la quantità di

luce assorbita man mano che la reazione procede se questa genera NADH. Se invece il NADH è presente inizialmente, si vedrà una diminuzione dell'assorbimento e la velocità con cui cala questo assorbimento è pari alla velocità della reazione.

Flavin adenina dinucleotide (FAD)

Il FAD è simile al NADH; è costituito da un'adenosina e il ribitolo, mentre la parte attiva è l'anello isoallossazinico (un eterociclo) che può sottostare a un equilibrio redox. La riduzione del FAD è un po' diversa rispetto a quella del NADH perché può avvenire in due tappe:

1. Il FAD completamente ossidato (forma chinonica), per acquisto di un atomo di idrogeno passa ad una forma radicalica o semichinonica acquistando un solo elettrone.
2. Per acquisto di un secondo atomo di idrogeno la forma semiridotta può passare nella forma completamente ridotta o idrochinonica.

Potenziali di riduzione standard

Uno degli

riduzione negativo verso la molecola che ha un potenziale di riduzione più positivo. Mentre NAD+ e NADP+ hanno un potenziale di riduzione praticamente identico, intorno ai -0,320mV. Avendo l'ossigeno un potenziale di riduzione di +0,815mV, la differenza di potenziale tra l'accettore di elettroni e il donatore è fortemente positiva, perciò la reazione è esoergonica. Per quanto riguarda il FADH si può notare un'altra differenza con il NADH. Esso si può trovare sia nelle 2 flavoproteine sia libero; in quest'ultimo caso presenta un potenziale di riduzione più negativo di quello delle flavoproteine. Infatti, le reazioni REDOX di questi composti sono mediate dagli enzimi, però il NAD nei loro confronti si comporta come substrato, cioè si associa, avviene la reazione e poi si libera; il FAD invece è sempre legato all'enzima, viene definito un gruppo prostetico. Quindi può rimanere legato a

Il potenziale di riduzione standard (così come il potenziale di riduzione reale) della coppia FAD/FADH₂ è, poi, più alto sia di quello della coppia NAD/NADH sia di quello della coppia NADP/NADPH.

Ruoli di FAD e NAD+ nelle reazioni chimiche

La differenza nel potenziale di riduzione standard tra FAD e NAD+ comporta, da un punto di vista fisiologico, ruoli diversi di FAD e NAD+ nelle reazioni:

• FAD è coinvolto in reazioni in cui si hanno ossidazioni di atomi di carbonio molto ridotti, per esempio quelle che portano alla formazione di un doppio legame C=C: in una catena idrocarburica si ha la presenza di CH₂. In una catena idrocarburica, ogni atomo di carbonio è legato ad altri due atomi di idrogeno e ha numero di ossidazione pari al numero di atomi di idrogeno legati all'atomo di carbonio. Ciascun atomo di carbonio è legato a due atomi di idrogeno: questo è dunque il massimo stato di ossidazione di un atomo di carbonio all'interno di

Una molecola. Gli atomi di carbonio possono essere ossidati con eliminazione di una molecola di idrogeno, quindi di un elettrone (oltre che di un protone). NAD è invece coinvolto in reazioni in cui si hanno ossidazioni di atomi di carbonio più ossidati, per esempio quelle che portano all'ossidazione di funzioni alcoliche o aldeidiche. Un esempio di reazioni di ossidazione che coinvolgono sia FAD sia NAD riguarda il metabolismo degli acidi grassi: per catabolizzarli, le catene idrocarburiche vengono prima ossidate, con conseguente formazione di doppi legami C=C (processo in cui interviene FAD, che si riduce a FADH). L'introduzione di un doppio legame C=C in una catena idrocarburica aumenta la reattività degli atomi di carbonio degli idrocarburi, composti di per sé stessi poco reattivi (e per questo detti anche paraffine, ossia "poco affini"), permettendo di avere un centro che può dare luogo ad altri tipi di reazione, per esempio

Reazioni di addizione al doppio legame, in particolar modo di acqua, essendo questa molto abbondante nelle cellule: si forma in questo modo una funzione alcolica su un atomo di carbonio, che a sua volta può essere ulteriormente ossidata per dare una forma chetonica o aldeidica, a seconda che essa sia rispettivamente in posizione centrale o terminale nella catena.

Potenziale di trasferimento

Le reazioni di ossidazione sono reazioni che liberano energia, grazie al trasferimento di elettroni da una molecola con potenziale di riduzione minore verso una molecola con potenziale di riduzione maggiore, che viene usata dalla cellula per produrre ATP. Quanta energia si libera dall'ossidazione di un NADH o di un FADH2?

Nel ciclo degli acidi tricarbossilici una molecola di acetil CoA viene ossidata completamente a due molecole di CO2, processo durante il quale si ha la formazione di un legame ad alta energia (GTP) e di quattro equivalenti riducenti (3 molecole di NADH + H+ ed una molecola di FADH2).