Biochimica generale - 3 parziale

Il coenzima flavinico e l'ubichinone

Il coenzima flavinico (FAD) e l'ubichinone (Coenzima Q) sono molecole che possono accettare elettroni per partecipare a reazioni di riduzione-ossidazione. Il FAD può accettare sia un elettrone, generando una forma semichinonica, sia due elettroni, generando la forma completamente ridotta FADH2. Il potenziale di riduzione standard del FAD dipende dalla proteina a cui è associato, poiché il suo potenziale può variare in base all'ambiente proteico in cui è legato. Le interazioni con i gruppi funzionali della proteina possono influenzare la stabilità delle forme ossidate e ridotte del FAD. L'ubichinone, invece, è un benzochinone liposolubile con una catena laterale. Svolge un ruolo importante nella catena di trasporto degli elettroni nella respirazione cellulare. Entrambi questi coenzimi sono fondamentali per il corretto funzionamento dei processi biochimici all'interno delle cellule.

Essendo liposolubile può fluttuare nella membrana mitocondriale interna svolge il suo ruolo di trasportatore.

L'ubichinone è in grado di trasportare fino a due elettroni e due protoni (come i coenzimi radicali flavinici), passando anche lui attraverso una forma intermedia che è un semichinonico QH ubichinolo QH2.

Oppure può venire completamente ridotto formando il Ubichinone (ossidata) Q -> radicale semichinonico (semiridotto) QH -> ubichinolo (completamente ridotto) QH2.

Quindi anche lui può servire da intermedio tra reazioni a due elettroni e quelle in cui viene accettato un solo elettrone per volta.

Centri Fe-S:

Un esempio di molecola che può accettare un solo elettrone per volta sono le proteine centri Fe-S che contengono.

Questi trasportatori Fe-S possono trasportare un solo elettrone per volta.

Nelle proteine ferro-zolfo, il ferro non è presente all'interno del gruppo eme, ma è.

associato ad atomi di zolfo inorganico o ad atomi di zolfo dei residui di Cys della proteina, o a entrambi. Tipologie di centri Fe-S: Nei centri Fe-S più semplici, si ha un unico atomo di ferro che è coordinato con quattro gruppi tiolici (SH) di quattro cisteine della proteina. Oppure ci sono centri Fe-S in cui si ha 2 atomi di Fe, in cui il ferro è coordinato con due atomi di zolfo inorganico e quattro gruppi tiolici (SH) delle cisteine della proteina. Poi ci possono essere centri Fe-S anche più complicati, come il centro Fe-S di Rieske. Ad esempio, c'è il centro Fe-S dove uno degli atomi di ferro è coordinato con due residui di istidina invece che di cisteina. Comunque, tutte queste proteine contenenti centri Fe-S partecipano a reazioni redox in cui un elettrone alla volta viene trasferito utilizzando modificazioni dello stato di ossidazione dei loro atomi di ferro, da ferro +3 a +2. Quindi l'atomo passa dallo stato di ossidazione quando accetta l'elettrone. Invece quandol'elettrone viene ceduto al trasportatore successivo, il ferro ritorna nello stato di ossidazione +3 (ossidato) Citocromi: citocromi gruppo eme contenente ferro I sono proteine contenenti un Ci sono tre tipi di eme: A, B, C La differenza di queste tre tipi di gruppi eme sta nei sostituienti L'eme C è legato alla parte proteica attraverso delle cisteine della proteina Fr-S: anche / COME CENTRI elettrone I citocromi, anche loro, partecipano a reazioni redox in cui viene trasferito un alla volta, utilizzando modificazioni dello stato di ossidazione dei loro atomi di ferro (passa da +3 a +2) I citocromi di tipo A e B, e alcuni citoformi di tipo C, sono proteine integrali della membrana mitocondriale interna citocromo c Un'importante eccezione è il dei mitocondri, una proteina solubile che si lega mediante interazioni elettrostatiche alla superficie esterna della membrana mitocondriale interna Ordine del trasferito degli elettroni: Ciascuno di questi trasportatori ha un proprio

Potenziale redox

Ci sono stati vari studi per capire quale è l'ordine di questi trasportatori, perché il flusso esoergonico di questi elettroni passa dal trasportatore con potenziale redox più basso al trasportatore con potenziale redox più alto. Quindi, mettendo in ordine di potenziale redox questi trasportatori, si è potuto capire l'ordine su cui vengono trasferiti questi elettroni.

Ordine dei potenziali redox dei trasportatori:

Si ha come primo trasportatore il NADH (che ha il potenziale redox più basso) fino ad arrivare all'ossigeno (che ha il potenziale redox più alto). Questa sequenza è stata confermata da varie prove sperimentali, tra cui prove che utilizzano inibitori specifici che vanno a inibire un specifico complesso, così da capire la sequenza dei trasportatori.

In azzurro: le specie a monte dell'inibizione rimangono allo stato ridotto.

In rosa: le specie a valle dell'inibizione vengono

ossidateQuindi questa era la descrizione dei trasportatori che si possono trovare nei quattro complessiOra analizziamo ogni complesso per volta: CONEIMADNADH deidrogenasiComplesso I: (dal NADH all'ubichinone)Il complesso I viene anche chiamato NADH deidrogenasiLa NADH deidrogenasi è un enzimi che grandi dimensioni che contiene al suo interno comeFMN centri Fe-Sgruppi prostetici il e almeno sei IN.SP.Il complesso I ha una forma a L, dove un braccio è immerso nella membrana IN.M.mimitocondriale interna, e l'altro braccio è immerso nella matrice mitocondrialeIl complesso I catalizza due processi accoppiati e simultanei: ⑦• si ha il trasferimento esoergonico all'ubochinone di uno ione idruro dal NADH e di unNAD+ QH2protone dal solvente acquoso della matrice, così da formare e RISArD② 4 protoni H+• si ha il tesferimento endoergonico di dalla matrice alla spazio intermembrana~infatti pompaVisto che il complesso I trasferisce 4protoni fuori, può essere considerato come unaprotonica. L'energia per attuare questo trasferimento è data dall'energia che deriva dal trasferimento degli elettroni dal NADH al ubichinone ENDOERCONICO. Infatti, si può indicare come P il lato positivo della membrana interna che è lo spazio intermembrana (perché si arricchisce di 4H+), e come N il lato negativo della membrana interna che è la matrice mitocondriale. In totale la reazione è: e un6H 6H+. Come avviene il trasferimento di elettroni: Il trasferimento di elettroni da NADH all'ubochinonenon è diretto, ma ci sono una serie di trasportatori di elettroni, che si trovano nel braccio immerso nella matrice mitocondriale. Infatti, i due elettroni 2e- dal NADH passano al gruppo FMNprostetico ① ②Fe-S. Poi gli elettoni passano dal FMN ai centri di cui c'è centro Fe-S N-2ne sono almeno otto, fino ad arrivare al ⑬che trasferisce gli elettroni.all’ubochinone ^⑦ L’ubochinone, acquistando questi due elettroni, si riduce e si trasforma in ubichinolo QH₂. Servono tutti questi trasportatori intermedi perché questi trasportatori sono distanziati di 11Å, quindi questa grande ravvicinanza serve per minimizzare la possibile fuga di elettroni. Succinato deidrogenasi Complesso II: (da succinato all’ubichinone) Questo complesso è costituito da quattro subunità: Le subunità A e B sono immerse nella matrice mitocondriale. Invece le subunità C e D sono proteine integrali di membrana. Alla subunità A è legato il FAD. Alla subunità B ha diversi centri Fe-S e qui è legato l’ubichinone. Il FAD, legato alla subunità A, riceve gli elettroni dal succinato (substrato). Questo succinato deriva dal ciclo di Krebs. Infatti la succinato deidrogenasi è un enzima anche del ciclo di Krebs, infatti il succinato da questo enzima viene convertito in fumarato. Sullasubunità D è legato a un citocromo contenente un eme b. Questo apparentemente non prende parte al trasporto elettronico ma è un fattore di protezione contro la formazione di specie reattive dell'ossigeno (ROS). Percorso degli elettroni: Gli elettroni dal succinato (substrato) passano al FAD ^①. Poi il FAD trasferisce gli elettroni, uno per volta, ai centri Fe-S ^②③. Poi i centri Fe-S passano gli elettroni al ubichinone, che viene ridotto a ubichinolo QH₂. Questo flusso di elettroni, però, non è in grado di rilasciare energia libera sufficiente per espellere protoni, quindi il complesso II non è una pompa protonica. Quindi questo trasferimento di elettroni non fa aumentare il gradiente elettrochimico. Altre vie cedono elettroni alla catena respiratoria tramite il ubichinone: acil-CoA deidrogenasi. La prima tappa della beta-ossidazione è catalizzata dal che trasferisce due elettroni dal substrato al FAD ^{⑰ ②}. Poi il FAD trasferisce gli elettroni.alla ETF (Flavio proteina che trasferisce elettroni) ^④
ETF:ubichinone ossidoreduttasi
Poi gli elettroni passano alla
che poi va a ridurre l'ubichinone^③
Il glicerolo 3-fosfato, che possiamo trovare sia nellaglicolsi e sia nel glicogeno, viene ossidato dallaglicerolo 3-fosfato deidrogenasi
Questo enzima è una flavoproteina localizzata sulla ^④faccia esterna della membrana mitocondriale interna ^⑬
Poi questo enzima indirizza gli elettroni nella catenarespiratoria dove va a ridurre l'ubichinone ^⑫⑪
Il ubichinolo QH2 poi verrà riossidato dal complesso IIIcomplesso del citocromo bc1
Complesso III: (da ubichinolo QH2 a citocromo c)
Tutti gli elettroni che si trovano su ubichinolo QH2 vengono trasferiti al citocromo c tramiteil complesso IIIcitocromo c
Il non fa parte del complesso III, ma è una proteina periferica che si muovelungo la membrana mitocondriale interna e connette il complesso III al complesso IV
Quindi trasferisce gli elettroni dal complesso III

Il complesso III è un dimero.

Il centro funzionale di ciascun monomero è costituito da:

• citocromo b• dal = che ha due tipi di gruppo eme (bL e bH)
• citocromo c1• dal = che è un altro trasportatore di elettroni
• proteina Fe-S di Rieske

I due citocromi b dei due monomeri vanno a formare una cascata dove entra il ubichinone.

In questa tasca avviene il trasferimento degli elettroni dal ubichinolo QH2 a dei trasportatori che però possono trasportare solo un elettrone per volta.

Il trasferimento di elettroni porta a un rilascio di energia.

Questa energia libera serve per espellere 2 protoni.