Biochimica

SISTEMA NAVETTA MALATO-ASPARTATO

Il NADH come sappiamo non può oltrepassare la membrana mitocondriale, ma possono faro altre molecole

1. Il NADH citosolico possiede l'H che non può entrare, allora cede i suoi elettroni all'ossalacetato tramite l'enzima malato deidrogenasi.
2. L'ossalacetato è una molecola a 4 atomi di carbonio bicarbossilica e che presenta un gruppo chetonico in posizione alfa (alfa-chetoacido). In questo modo:
   • il NADH si ossida a NAD+
   • l'ossalacetato si riduce sul gruppo C=O a C-OH a malato
3. il malato (4C) può entrare nella matrice mitocondriale attraverso un trasportatore a patto che fuoriesca una molecola di α-chetoglutarato (5C), che, uscendo dal mitocondrio, si dirige nel citosol
4. Il malato, dopo essere entrato nel mitocondrio, può liberarsi degli elettroni cedendoli ad un NAD+ mitocondriale che si ridurrà a NADH, quindi si riossida a formare ossalacetato

(punto di partenza)In questo modo, però, si vedono 4C che entrano e 5C che escono, quindi bisogna bilanciarli perché altrimenti non ci sarebbero più carboni nei mitocondri e il sistema si arresterebbe. Inoltre, l'ossalacetato vuole uscire dal mitocondrio ma ha delle dimensioni troppo elevate.

4. L'ossalacetato accetta un gruppo amminico dall'amminoacido glutammato. Questa reazione è detta transaminazione: viene spostato un gruppo amminico da un donatore ad un accettore. Il donatore glutammato ha 5 carboni: il suo gruppo amminico sul carbonio alfa viene ceduto al carbonio alfa dell'ossalacetato e diventa un carbonio chetonico:

• Dall'ossalacetato (4 C) si ottiene l'amminoacido aspartato (4 C).
• Dal glutammato si ottiene un altro α-chetoacido a 5 carboni che prende il nome di α-chetoglutarato, che, come abbiamo visto, rappresenta il motore necessario a fare entrare il malato nella matrice mitocondriale.

importare gli e- del NADH citosolico.

Uscita dell'aspartato, il quale ha le dimensioni giuste per uscire, dalla matrice mitocondriale attraverso un trasportatore specifico.

L'aspartato, nello spazio intermembrana transamina con un α-chetoglutarato a 5 carboni e, riprendendo il gruppo amminico rigenera:

• il glutammato, necessario dentro il mitocondrio
• l'ossalacetato, accettore iniziale degli elettroni del NADH all'inizio del ciclo.

A questo punto il bilancio vede 4C che entrano e 5C che escono col primo trasportatore e 4C che escono e 5C che entrano col secondo trasportatore.

CICLO DI KREBS:

• E' detto anche ciclo degli acidi tricarbossilici e si svolge nella matrice dei mitocondri.
• E' la seconda tappa della respirazione cellulare, dopo la glicolisi e prima della fosforilazione ossidativa, infatti il primo intermedio è il piruvato.
• E' la via che permette di ricavare in maniera più significativa i

coenzimi ridotti, e quindi energia (non tutte le cellule del nostro corpo riescono a produrre coenzimi ridotti, ad esempio i globuli rossi non possono perché mancano sia i mitocondri e il nucleo); inoltre serve l'ossigeno, e i globuli rossi non possono consumarli. Senza ossigeno non si ha la possibilità di scaricare gli elettroni dei 3 NADH e del FADH2 sull'ossigeno stesso. Di conseguenza, in assenza di ossigeno, NADH e FADH2 si accumulano poiché non si può più ripristinare NAD+ e FAD, causando così il blocco del ciclo di Krebs.

• È un ciclo perché il punto di partenza corrisponde al punto di arrivo

• È una via anfibolica: questo significa che ha una componente catabolica, in quanto i carboni vengono completamente ossidati a CO2, ma anche una via anabolica, in quanto alcuni intermedi vengono utilizzati poi per la sintesi di nuove molecole

• per ogni ciclo completo:

- si liberano 2

1. 1 TAPPA:

   • Condensazione di una molecola di ossalacetato con una di acetilcoenzima A
   • Reazione irreversibile catalizzata dalla citrato sintasi
   • Meccanismo: il metile dell'acetilcoenzima A funge da nucleofilo e attacca il carbonio carbonilico dell'ossalacetato, si apre il doppio legame con l'ossigeno e si forma un legame singolo C-C; si ottiene una molecola tricarbossilica a sei atomi di carbonio chiamata citrato. Il carbono centrale del citrato non è chirale, l'enzima non riconosce il substrato, per cui interviene un altro enzima.

2. 2 TAPPA:

   • Disidratazione del citrato tramite una reazione reversibile catalizzata dall'enzima aconitasi
   • La rimozione di una molecola di OH- e H+ dal citrato produce una molecola di cis-aconitato

3. 3-4 TAPPA:

   • Isomerizzazione del cis-aconitato in isocitrato tramite una reazione reversibile catalizzata dall'enzima aconitasi
   • Il cis-aconitato subisce una rotazione del gruppo idrossile, formando l'isocitrato

4. 3-4-8 TAPPA:

   • Ossidazione dell'isocitrato in α-chetoglutarato tramite una reazione irreversibile catalizzata dall'enzima isocitrato deidrogenasi
   • Si forma una molecola di NADH e una di CO2

5. 6 TAPPA:

   • Ossidazione dell'α-chetoglutarato in succinil-CoA tramite una reazione irreversibile catalizzata dall'enzima α-chetoglutarato deidrogenasi
   • Si forma una molecola di NADH e una di CO2

6. Una molecola di ATP:

   • Si forma durante la conversione del succinil-CoA in succinato tramite una reazione reversibile catalizzata dall'enzima succinil-CoA sintetasi

citrato forma una molecola un doppiolegame cis chiamata cis-aconitato; questo è un intermedio che non viene liberato nell'ambiente, anzi, l'enzima stesso aggiunge una molecola di acqua (OH e H) ma in maniera opposta rispetto a prima, formando l'isocitrato, ovvero un isomero del citrato, anche questa reazione è reversibile

TAPPA

• Prima decarbossilazione ossidativa: ad opera dell'isocitrato deidrogenasi: l'isocitrato viene ossidato da un NAD+ che si riduce a NADH
• L'enzima ossida il carbonio legato al gruppo OH che forma un C=O. La molecola che si forma è un beta-cheto acido, il quale è molto instabile, per cui il carbonio carbossilico viene "decarbossilato" spontaneamente formando α chetoglutarato.
• Con questi ultimi passaggi, si ottiene quindi una molecola di NADH (quindi 3 potenziali molecole di ATP): essendo già nel mitocondrio, però, il NADH torna subito ad essere NAD+ (cede

immediatamente glielettroni alla catena di trasporto elettronica) (sulle sbobine l’isocitrato viene scritto con un OH in piùsecondo me quindi metto questa immagine)4 TAPPA:

• Seconda decarbossilazioneossidativa: ad opera della αchetoglutarato.deidrogenasi; vieneossidato da un NAD+ che si riduce aNADH ((che, come nel casoprecedente, rilasceràimmediatamente gli elettroni nella catena di trasporto, ritornando in forma ossidata). Ciò provoca laliberazione di CO2
• Si ottiene una molecola a quattro atomi di carbonio, che prende il nome di succinil-coenzimaA

5 TAPPA:

• Fosforilazione a livello del substrato:inizialmente una molecola di fosfatoinorganico (a basso contenutoenergetico), entra e spiazza il coenzimaA e si ha, quindi, la formazione di unlegame fosfoanidridico tra il fosfato e ilgruppo carbossilico della molecola, quest’ultima prende il nome di succinil-fosfato
• La reazione è catalizzata dall’enzima

succinil-coenzimaA sintetasi: un residuo di istidina (è una parte dell’enzima) prende il fosfato quindi risulta fosforilato e libera il succinato. un nucleotide difosfato .L’enzima fosforilato a questo punto dona il fosfato al GDP, che diventa GTP, e torna nella sua situazione iniziale (istidina non fosforilata)

Biochimica prof.Bresciani

Dalla 6 tappa in poi è necessario ricavare il massimo potenziale di elettroni per convertirlo in ossalacetato e permettere al ciclo di Krebs di ricominciare

6 TAPPA• Il succinato è substrato della succinato deidrogenasi,ovvero il complesso 2 della catena di trasporto degli elettroni. Questo enzima ha un azione catalitica FAD dipendente e va ad ossidare i carboni centrali del succinato: si ottiene così una molecola di FADH2 e una molecola di fumarato

7 TAPPA:• Dal fumarato, per idratazione grazie alla fumarasi, si ottiene il malato.

8 TAPPA:• Ossidazione del malato: mediante l’azione della malatodeidrogenasi,

Nella fase catabolica del ciclo di Krebs, abbiamo detto che c'è anche l'attività anabolica; un esempio è proprio dato dal citrato, che quando risulta in accumulo viene trasportato nel citosol dove viene utilizzato come precursore per la sintesi degli acidi grassi. Nel momento in cui vi sarà necessità di un contributo energetico, si potrà sfruttare la demolizione degli acidi grassi per generare così energia.

Alfa-chetoglutarato: attraverso una reazione reversibile che avviene grazie al coenzima piridossal-fosfato (vitamina B6), vengono scambiati i gruppi funzionali tra due molecole: l'alfa-chetoglutarato riceve il gruppo amminico da un amminoacido qualsiasi e dà origine al glutammato.

Succinil-coenzimaA: condensando con una glicina, dà origine a una molecola di acido δ-aminolevulinico. Quando due molecole di acido δ-aminolevulinico condensano, danno origine ad un anello pirrolico: nello specifico, quando