Biochimica metabolica

Nmixotiazolo, due farmaci inibitori della catena di trasporto

All'interno del complesso III avviene il ciclo dell'ubichinone secondo il modello di Mitchell:

• Il QH si lega al sito P e cede gli elettroni alla proteina di Rieske e all'eme2+b. I 2H legati ad esso vengono trasferiti nello spazio intermembrana.
• L'elettrone ceduto alla proteina di Rieske viene trasferito al cyt c1 che lo cede al cyt c, mentre l'elettrone ceduto all'eme b viene trasferito all'emeLb e poi al Q presente nel sito N, riducendolo a radicale semichinonico protetto all'interno della "caverna" formata.
• A questo punto arriva un secondo QH che si comporta analogamente, legando però un elettrone al radicale semichinonico formando nuovamente QH2.
• Si ottiene l'ossidazione di un QH e la liberazione di due cyt c che trasportano un elettrone al complesso IV.

10.4. Complesso IV - citocromo ossidasi

Conosciuto anche come complesso dellacitocromo.

la superossidodismutasi che forma perossido a partiredal superossido, successivamente ilperossido diventa substrato dellaglutatione perossidasi e viene ridotto adacqua ossidando il glutatione (GSH) aGSSG. Una volta ottenuto il GSSG vieneridotto ad opera della glutatione reduttasiche ossida NADPH e riottiene GSH. IlGSH viene utilizzato anche per ridurre iponti disolfuro nelle proteine.

Questi composti possono formarsi a causa di uno squilibrio elettronico dovuto+ad una mancanza di ATP e un’abbondanza di NADH rispetto al NAD , in altre+parole un alto rapporto NADH/NAD . Questo indica un alto apporto di elettronima una mancanza di substrati per l’ATP sintasi portando ad una condizione distress ossidativo.

11.1. Condizione di ipossia

Durante l’ipossia si ha la cellula in condizione di sofferenza con un elevatonumero di elettroni e poco trasferimento di essi all’ossigeno causando unaumento della produzione di ROS.

Oltre alla presenza di GSH per ridurre i ROS si hanno

Altri meccanismi indotti dal fattore inducibile da ipossia (HIF-1), favorendo l'attività della piruvato deidrogenasi (PDH) chinasi che fosforila e disattiva la PDH e intervenendo al livello del complesso IV sostituendo la subunità COX4-1 con la subunità COX4-2, più adatta a lavorare in condizioni di ipossia. Successivamente viene favorita l'attività di LDH e di altri enzimi glicolitici.

Se avviene una repentina comparsa di ossigeno dopo un'ipossia si possono avere problemi causati dal repentino flusso di ossigeno dopo che le cellule si erano adattate alla condizione di ipossia.

12. Complesso della ATP sintasi ("complesso V")

Dalla formazione della forza motrice protonica si può spiegare la sintesi di ATP tramite il modello chemiosmotico di Mitchell, infatti questa energia accumulata può essere utilizzata per sintetizzare ATP a partire da ADP e P. I protoni trasferiti rientrano all'interno della matrice.

mitocondriale passando attraverso il complesso dell'ATP sintasi che sfrutta il gradiente per la sintesi di ATP. Da questo si evince anche che la catena di trasporto di elettroni e la sintesi di ATP avvengono in modo accoppiato e che senza uno non può avvenire l'altro, per verificarlo si può effettuare un esperimento.

Si isola un mitocondrio e si pone in soluzione e aggiungendo ADP e P non si ha sintesi di ATP né consumo di ossigeno. Inserisco quindi una fonte di elettroni (succinato) e si nota un aumento di ATP e consumo di ossigeno. Se però aggiungo del cianuro (CN-) blocco il trasferimento di elettroni al complesso IV e noto un blocco della sintesi di ATP.

Avviene la stessa cosa se l'aggiunta di ADP e P avviene dopo il succinato, il processo partirà solo dopo la seconda aggiunta. Bloccando l'ATP sintasi con oligomicina si avrà un blocco anche nel trasferimento di elettroni.

Se aggiungo un disaccoppiante rendendo indipendenti

trasporto e sintesi, osservo un aumento del consumo di ossigeno ma non della sintesi di ATP. I disaccoppianti lavorano disponendosi sulla membrana mitocondriale interna e riportano i protoni nella matrice senza passare per l'ATP sintasi. Un disaccoppiante conosciuto è il dinitrofenolo (DNP), utilizzato come dimagrante al momento della scoperta, era funzionale ma portava alla liberazione dell'energia immagazzinata sotto forma di calore innalzando la temperatura corporea e portando alla morte.

All'interno del corpo umano esistono disaccoppianti fisiologici necessari per la termoregolazione, uno di questi è la molecola UCP-1 o termogenina, presente nel tessuto adiposo bruno e sfrutta gli acidi grassi e il gradiente protonico per la termoregolazione.

Secondo la teoria chemiosmotica si può avere sintesi di ATP formando un gradiente protonico, questo venne dimostrato dal seguente esperimento:

● Si isola un mitocondrio e si inserisce in una soluzione a pH tamponato

a9,0 con KCl in concentrazione 0,1M.

● Il mitocondrio raggiunge un equilibrio con la soluzione

● Viene trasferito in una soluzione a pH 7,0 in assenza di KCl e in presenza di valinomicina che funge da ionoforo+

● Il K all'interno fuoriesce grazie alla valinomicina ottenendo un gradiente protonico che porta alla sintesi dell'ATP

12.1. Struttura dell'ATP sintasi

L'ATP sintasi negli eucarioti si associa a formare dimeri disposti con un angolo di 90°, più dimeri permettono la formazione delle creste mitocondriali. Il complesso è formato da due porzioni, la porzione F e la porzione F1.

La porzione F è la porzione transmembrana del complesso ed è formata da 8 a 17 subunità c formate da due α-eliche transmembrana con l'estremità C-terminale all'esterno e l'estremità N-terminale all'interno. Le subunità c formano un'ulteriore struttura circolare detta anello.

c.All'interfaccia con alcune subunità c è presente la subunità a fortemente idrofoba. Sono presenti anche due subunità b che uniscono la porzione F alla porzione F.1 La porzione F è composta da 6 subunità nel corpo principale (3 subunità α e 3 subunità β) e una subunità γ simile ad uno stelo collegata all'interno dell'anello c di F. È presente anche una subunità δ che lega le subunità b alla componente F.1 La sintesi di ATP avviene a livello di F, precisamente sulle subunità β del corpo principale, nonostante abbiano la stessa sequenza amminoacidica si differenziano in base alla loro conformazione rispetto all'ATP.

• β-ADP → lega ADP e Pi
• β-ATP → lega ATP in maniera molto forte
• β-vuota → successiva al rilascio di ATP con affinità molto bassa per quest'ultimo, non sempre è vuota ma è

lega il protone neutralizzando la propria carica negativa, a questo punto la catena idrofoba rientra all'interno della membrana mitocondriale permettendo una rotazione di circa ⅒ di giro. Grazie a questa rotazione una subunità dalla parte opposta entra in contatto con il semicanale N permettendo al protone di essere rilasciato dal Glu e raggiungere la matrice mitocondriale. Il Glu a questo punto ha riacquisito la sua carica negativa e viene richiamato da un residuo di Arg sulla subunità a in modo da poter ripartire. In questo modo si realizza che una reazione completa avviene al trasferimento di 10H.