Biochimica generale

Processi di ossidoriduzione e trasferimento di energia

DG°’essere accoppiata ad una esoergonica, risultando in una reazione complessivatermodinamicamente favorevole.Glucosio + Pi Glucosio-6-P + H O + 13,8 kJ/mol® DG°’2ATP + H O ADP + Pi – 30,5 kJ/mol® DG°’2Glucosio + ATP Glucosio-6-P + ADP – 16,7 kJ/mol® DG°’Stato di riduzione del carbonio Se alla molecola si aggiungono O allora• si ossida (subisce una riduzione)Se alla molecola si aggiungono H allora• si riduce (subisce un’ossidazione)Le ossidoriduzioni costituiscono una numerosa classe di reazioni biologiche in cuil’energia viene trasferita sotto forma di elettroni da una molecola ad un’altra.In queste reazioni gli elettroni fluiscono in modo spontaneo dalla specie che ha minoreaffinità per gli elettroni a quella che ha affinità maggiore: la reazione è esoergonica,libera cioè energia G che può produrre lavoro.L’affinità per gli elettroni di una

La molecola è definita dal potenziale di ossidoriduzione (E): in condizioni standard (25°C; [sostanze] = 1M; pH = 7), si determina il potenziale redox standard E°, riferito al potenziale dell'idrogeno. Maggiore è il valore di E°, più elevata è l'affinità della molecola per gli elettroni. La variazione di energia libera è correlata alla variazione del potenziale redox secondo la relazione: G°' = -nF E°, dove n è il numero di elettroni ed F è la costante di Faraday.

Molte reazioni biologiche di ossidoriduzione consistono nell'ossidazione di un substrato S mediante deidrogenazione catalizzata da specifiche deidrogenasi, in cui avviene simultaneamente la riduzione di un accettore X di idrogeno.

SH + X → S + XH⁺

Mentre il substrato S è diverso nelle varie reazioni, l'accettore X è quasi sempre rappresentato da uno dei due dinucleotidi NAD e FAD.

SH + NAD → S + NADH + H⁺

SH + FAD → S + NADH + H⁺

FADH⁺: trasportatore solubile di elettroni, associato debolmente con gli enzimi. Viene utilizzato nelle ossidazioni cataboliche, mentre il NADP nelle riduzioni anaboliche.

NAD⁺ + 2e^- + 2H⁺ → NADH + H⁺

2FAD: trasportatore di elettroni sempre saldamente associato ad un enzima (flavoproteina). FAD (e FMN) possono partecipare a reazioni con trasferimento di 1 (semichinone) o 2 elettroni (riduzione completa).

Negli organismi superiori si possono mettere in evidenza tre fasi nel catabolismo energetico dell'ossidazione delle sostanze nutrienti:

Fase 1: le macromolecole dei nutrienti vengono demolite in unità più piccole (proteine-aminoacidi; polisaccaridi-monosaccaridi; lipidi-glicerolo/acidi grassi). Non viene praticamente liberata energia chimica.

Fase 2: il catabolismo converge verso la formazione di unità semplici di acetil-CoA. In questa fase, la produzione di...

generare NADPH e sintetizzare nucleotidi può essere utilizzato per modificare proteine (glicosilazione)

Metabolismo dei carboidrati

glicogenosintesi

La glicolisi è una sequenza di reazioni catalizzate da enzimi (che avviene nel citoplasma) nella quale il glucosio viene convertito in piruvato. Durante la glicolisi, una parte dell'energia del glucosio viene immagazzinata come ATP e NADH.

La glicolisi presenta 2 fasi:

Fase preparatoria e/o di dispendio energetico

• Furano
• Attacca un Pdall'ATP11 e 3 tappe in cui viene usato Fosforila un C 6ATP (2 molecole usate in questa Esochinasiprima fase) Esochinasi
• Non può essere ritrasportato fuori.
• Fosfoesoso isomerasi
• Isomerizzo un fruttosio dal glucosio
• Fosfofrutto chinasi 13 Pirano Aldolasi
• Fosforilato in C e in C Trifosfato isomerasi1 6
• Si crea una molecola simmetrica in modo da dividerla. Tutto ciò che verrà dopo sarà doppio (molecole in equilibrio fra di loro)

Fase di rendimento

1. Produce intermedi ad alta energia e NADe FAD per produrre ATP facilmente
2. 2 molecole Gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi
3. 2 molecole Fosfoglicerato chinasi
4. Idrolisi dell'ATP, dopo la fosfogliceratorecuperati chinasi si ha l'aggiunta di 2 P all'ADPinorganico
5. Spostato un P in posizione 2 Fosfoglicerato mutasiriarrangiamento
6. Non deve essere Enolasisprecato e sistacca un PdiReazioni Piruvato chinasi
7. Le tappe 1, 3, 7 e 10 sono tappe irreversibili
8. I destini del piruvato No O No O2 2Si O 2
9. Glicolisi: reazione netta
10. Glucosio + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD 2 Piruvato + 2 ATP + 2 H O + 2 NADH + 2 H+ +® 2
11. Reazione netta
12. Glucosio 2 Piruvato bilancio del C®2 ADP + 2 Pi 2 ATP + 2 H O produzione di "energia"® 22 NAD 2 NADH + 2 H trasferimento di elettroni "equivalenti riducenti"+ +®
13. Glicolisi: strategia generale
14. Aggiunta di gruppi fosforici al glucosio (attivazione metabolica e "sequestro"intracellulare del glucosio) [per non farlo

più uscire fuori dalle cellule

2. Conversione chimica degli intermedi fosforilati in composti con elevatopotenziale di trasferimento del fosfato

3. Accoppiamento chimico dell’idrolisi di questi composti con la sintesi di ATP(trasferimento dell’ADP, fosforilazione a livello del substrato)

Glicolisi Fase I: consumo di 2 ATP

Fase II: produzione di 4 ATP

Fase I (reazioni 1-5) investimento energetico: fosforilazione del glucosio a• spese di due ATP scissione in due molecole a tre atomi di carbonio (gliceraldeide-3-fosfato)

Fase II (reazioni 6-10) produzione energetica: le due molecole di gliceraldeide-• 3-P vengono convertite in piruvato con la sintesi di 4 molecole di ATP

Reazione 1: Esochinasi1° Trasferimento di un gruppo fosforico da ATP a glucosio

Esochinasi (fosforilazione del glucosio nel C ): l’utilizzo del glucosio nelleo 6diverse vie metaboliche in cui entra presuppone sempre la sua attivazionemediante fosforilazione a glucosio-6-fosfato,

catalizzata dall'enzima esochinasi. La reazione è irreversibile: un legame ad alta energia dell'ATP (30.5 kJ/mol) viene infatti scisso per formare un legame fosfoestereo a più basso livello energetico (13.8 kJ/mol). Peraltro, la fosforilazione del glucosio lo sequestra all'interno della cellula, dato che il glucosio-6 fosfato non viene legato dal trasportatore di glucosio della membrana plasmatica.

L'esochinasi ha un adattamento indotto dal legame ed è:

• Poco specifica
• K basso 0,1 mM (graficamente a sx, quindi molta affinità)
• Inibitore (a feedback): glucosio 6-fosfato (prodotto della reazione)

Dell'esochinasi esistono 4 forme isoenzimatiche (I-IV) codificate da quattro geni diversi e con diversa localizzazione (muscolo e fegato), le diverse forme riflettono il diverso ruolo che questi organi svolgono nel metabolismo dei carboidrati:

• Muscolo: consuma glucosio per produrre energia
• Fegato: produce e distribuisce

glucosio ad altri tessuti Esochinasi del muscolo (isoforme I-III): il muscolo uso il glucosio per produrre energia; infatti, ha bisogno di una fonte di glucosio rapidamente utilizzabile durante l'ossidazione anaerobica in seguito a contrazione muscolare (produzione rapida di ATP). Questa esochinasi ha un'alta affinità per il glucosio poiché esso entra nei miociti dal sangue che è sufficiente per saturare l'enzima, questo lavora sempre a velocità massima.

Esochinasi epatica (isoforma IV-glucochinasi): il fegato mantiene costante la concentrazione di glucosio ematico producendo ed esportando glucosio ai diversi tessuti sulla base delle singole necessità; rimuove e conserva glucosio come glicogeno quando c'è un apporto eccessivo da parte dieta. La glucochinasi invece ha una minore affinità per il glucosio, infatti, la concentrazione di glucosio in corrispondenza del quale l'enzima è per metà.