Biochimica

FERMENTAZIONE ALCOLICA

Condizioni anaerobiche nei lieviti ed altri organismi fermentanti. Avviene in due reazioni:

1. Decarbossilazione (rimozione di un gruppo carbossilico sotto forma di CO2) ad opera di piruvato decarbossilasi con cofattore tiamina pirofosfato (TPP). Ciò forma un intermedio a due atomi di C (acetaldeide).
2. Il gruppo aldeidico dell'acetaldeide è ridotto ad alcol (etanolo) con ossidazione di NADH a NAD+.

Destino metabolico del piruvato: In aerobiosi, il piruvato, convertito ad acetil-CoA, viene metabolizzato nel ciclo di Krebs. Il NADH prodotto nella glicolisi e nel ciclo di Krebs, viene ossidato a NAD+ nella catena respiratoria a spese dell'ossigeno molecolare. La quantità di energia prodotta in questa condizioni è molto elevata. La trasformazione del glucosio in piruvato attraverso la glicolisi produce solo una parte dell'ATP generato dal catabolismo del glucosio. La maggior parte dell'ATP si forma dall'ossidazione.

completa del acetil-CoA a CO2 mediante il ciclo di Krebs, il recupero dei coenzimi ridotti nella catena respiratoria e la sintesi dell'ATP nella fosforilazione ossidativa.

RESPIRAZIONE CELLULARE:

Fase 1: molecole organiche, come glucosio, acidi grassi e aminoacidi, vengono ossidati e formano frammenti a due atomi di carbonio (Acetil CoA).

Fase 2: Acetil CoA entra nel ciclo di Krebs dove viene ossidato a CO2; l'energia viene conservata come coenzimi ridotti NADH e FADH2.

Fase 3: i coenzimi ridotti NADH e FADH2 vengono riossidati nella catena di trasporto degli elettroni e l'energia liberata viene conservata producendo ATP.

Il ciclo di Krebs avviene nei mitocondri. Il piruvato formatosi nel citosol viene traslocato nella matrice mitocondriale per mezzo di un trasportatore specifico e qui viene decarbossilato per via ossidativa del piruvato deidrogenasi. La PIRUVATO DEIDROGENASI è un complesso multi-enzimatico che catalizza la DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA del piruvato.

un’ossidazione irreversibile nella quale il gruppo carbossilico viene rimosso sotto forma di CO2 e i due atomi di C restanti sono legati al Coenzima A come gruppo acetilico.

Piruvato deidrogenasi: Complesso multienzimatico costituito da:

• 3 enzimi, che catalizzano ciascuno una parte della reazione complessiva (E1, E2, E3)
• 2 enzimi regolatori
• 5 coenzimi (fungono da trasportatori o da ossidanti degli intermedi delle reazioni che portano alla sintesi dell’Acetil CoA: Tiamina pirofosfato, acido lipoico, Coenzima A, FAD, NAD+)

Regolazione della piruvato deidrogenasi:

• Il complesso della piruvato deidrogenasi viene inibito da segnali che indicano un elevato livello energetico: ATP, Acetil CoA, NADH, alti livelli di acidi grassi e corpi chetonici.
• Segnali che indicano un basso livello energetico attivano il complesso della piruvato deidrogenasi: CoA, NAD+, piruvato, bassi livelli di acidi grassi e corpi chetonici.

Il ciclo dell’acido citrico è una

via metabolica centrale in grado di recuperare energia da carboidrati, acidi grassi e amminoacidi che vengono degradati ad acetil-CoA. Permette infatti alla cellula di demolire l'acetil-CoA prodotto dalla glicolisi, dalla degradazione dei lipidi (bossidazione) e dal catabolismo proteico (deaminazione ossidativa)

Il ciclo di Krebs, o ciclo dell'acido citrico, consiste in una serie di 8 reazioni enzimatiche che avvengono nella matrice dei mitocondri. Lo scopo del ciclo di Krebs è l'ossidazione completa dei due atomi di carbonio del gruppo acetilico dell'acetil-CoA (CH3CO-CoA), con la formazione di due molecole di CO2, in modo però da conservare l'energia libera per la produzione di ATP

Funzioni del ciclo dell'acido citrico:

1. Ossidazione completa dell'acetil-CoA a CO2 e conservazione dell'energia sotto forma di GTP, NADH e FADH2
2. È fondamentale perché solo in sua presenza i coenzimi ridotti che si formano possono essere

Ossidati e quindi rigenerati e rientrare nel ciclo. Tuttele vie di degradazione ossidativa di carboidrati, acidi grassi e aminoacidi inpresenza di O2 convergono nella tappa finale di respirazione cellulare, in cuil'energia prodotta dall'ossidazione viene utilizzata per la sintesi di ATP.

Demolizione del glucosio: quando scarseggia il rifornimento di glucosio, ilglicogeno viene progressivamente demolito grazie ad una reazione catalizzatadalla glicogeno fosforilasi.

Il problema è che il glicogeno fosforilasi è specificaper il legami 1-4 e non può non agire quando incontra la ramificazione dellacatena 1-6. Quindi intervengono altri due enzimi: una trasferasi ed un enzimade-ramificante che consentono la trasformazione della ramificazione in unastruttura lineare suscettibile all'attacco della glicogeno fosforilasi. La sintesi ela degradazione del glicogeno sono regolate in modo COMPLEMENTAREmediante vari meccanismi fra i quali la fosforilazione.

reversibile. La membrana mitocondriale interna è la sede della FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA che ha inizio con l'ingresso degli elettroni nella catena respiratoria. La catena respiratoria è collocata nella membrana interna dei mitocondri ed è la via terminale comune attraverso la quale gli elettroni provenienti dalle diverse sostanze che forniscono energia ad un organismo raggiungono l'ossigeno. I Mitocondri sono le centrali energetiche della cellula e utilizzano l'ossigeno per ossidare i substrati combustibili con formazione di energia chimica sotto forma di ATP.

1. Una membrana esterna
2. Lo spazio inter-membrana
3. Una membrana interna che forma una serie di creste
4. La matrice mitocondriale

La membrana esterna è permeabile alla maggior parte dei metaboliti mentre quella interna è impermeabile alla maggior parte di essi. La membrana interna è ricca di proteine. La matrice è uno spazio che ingloba un ambiente acquoso in cui hanno luogo

importanti vie metaboliche (ciclo dell'acido citrico, ossidazione degli acidi grassi). La catena di trasporto degli elettroni è costituita da una serie di trasportatori di elettroni (proteine transmembrana) denominati complesso I, II, III e IV contenenti gruppi prostetici o centri Fe-S in grado di accettare e di donare uno o due elettroni. Ciascun complesso accetta o dona elettroni ai trasportatori intermedi, coenzima Q (ubichinone) e citocromo c, dotati di maggior libertà di movimento. L'accettore finale di elettroni è l'ossigeno che viene ridotto ad acqua. La fosforilazione ossidativa è un processo biochimico cellulare fondamentale e ubiquitario per la produzione di energia tramite la sintesi di ATP. Si tratta della fase finale della respirazione cellulare, dopo glicolisi, decarbossilazione ossidativa del piruvato e ciclo di Krebs. L'ubicazione fisica del processo è sempre a cavallo di una membrana: negli eucarioti avviene presso.

La membrana interna mitocondriale, nei procarioti presso la membrana cellulare. È composta da due fasi:

Catena di trasporto degli elettroni: in questo processo gli elettroni trasportati da NADH e FADH2 vengono scambiati dalla catena enzimatica transmembrana generando un gradiente protonico.

Sintesi di ATP tramite fosforilazione di ADP da parte dell'enzima ATP sintesi.

Gluconeogenesi: sintesi del glucosio a partire da molecole diverse dai carboidrati. Avviene nel fegato ed in parte nei reni. Gli acidi grassi non possono essere trasformati in glucosio. La glucogenosi (energeticamente costosa) non è la glicolisi. Le 3 reazioni irreversibili della glicolisi sono catalizzate nella gluconeogenesi da enzimi diversi.

RUOLO DEL NADPH: un solo P in più, ma è diverso dal NADH

• Riducente cellulare usato nella sintesi degli acidi grassi e del colesterolo. NADPH è utilizzato quasi esclusivamente nelle vie di sintesi.
• Come riducente in un meccanismo di

protezione contro i danni ossidativi derivanti dalla formazione non enzimatica dell'anione superossido e di H2O2 dall'O2

Negli eritrociti, dove la concentrazione di O2 è alta, è alta la possibilità di danni ossidativi. Pertanto c'è una grande richiesta di NADPH e la via dei pentoso fosfati negli eritrociti è responsabile del 10% del totale consumo di O2.99 La carenza o la minor attività di G6P deidrogenasi (enzima che catalizza la prima reazione della via del pentoso fosfato) è uno dei deficit enzimatici più diffusi (favismo) che porta alla carenza di NADPH. I soggetti favici sono esposti ad altissimo stress ossidativo soprattutto a carico delle membrane cellulari. Il danno maggiore è subito dagli eritrociti: ANEMIA EMOLITICA a causa di danni ossidativi alla membrana eritrocitaria: LISI con liberazione di emoglobina in circolo e conseguente possibilità di ittero. Può essere latente e verificarsi solo in

caso di stress, farmaci, fave (glucosidiossidanti e resistenti alla cottura)
Il glicogeno: Polisaccaride del glucosio presente soprattutto nel fegato e nel muscolo scheletrico. Il glicogeno è presente sotto forma di granuli cui si trovano associati gli enzimi responsabili della sua sintesi e demolizione.
Funzione: accumulare il carburante metabolico glucosio e rilasciarlo velocemente quando necessario. Il glucosio viene conservato come polimero, in quanto un suo accumulo come tale potrebbe un drastico aumento della pressione osmotica intracellulare.
La sua degradazione del glicogeno è una molecola che al momento del bisogno può andare incontro ad una demolizione, per produrre glucosio, utile alle vie glicolitiche dell'organismo; ma altre volte è lo stesso glucosio che può risultare in eccesso e può dunque essere stipato sotto forma di glicogeno.
LIPIDI E IL LORO METABOLISMO:
Sono composti chimicamente insolubili all'acqua e solubili neisolventi organicinon polari. Alcuni sono esteri, altri idrocarburi, alcuni sono aciclici, ciclici oanche policiclici. Funzioni: importanti fonti energetiche, protezione termica, meccanica, elettrica.Hanno anche una funzione strutturale come le membrane biologiche, ormonisteroidi , prostaglandine vitamine. Lipidi semplici (non sono idrolizzabili) Terpeni, steroidi, prostaglandine

• Lipidi complessi (si idrolizzano in ambiente basico e liberano acidi grassi)
• trigliceridi, fosfolipidi, sfingolipidi

Acidi grassi: componenti della maggior parte dei lipidi naturali, derivano dagliidrocarburi e hanno lo stesso stato di ossidazione, sono acidi monocarbossilicicon più di tre atomi di C; la catena alifatica può essere satura, insatura,ramificata. Quelli più frequenti nei tessuti mammifero hanno catena lineare,numero pari di C e sono per lo più saturi. (RCOOH). Gli acidi grassi essenzialisono acido stearico e aci