Biochimica - parte 1

NADP+

Il NAD può trasformarsi in NAD fosfato; il gruppo fosfato deriva da un'altra molecola di ATP, ed esso viene aggiunto al carbonio 2' dell'anello dello zucchero. Questa aggiunta dà un carattere diverso, il NAD e il NADP+ sono riconosciuti in modo diverso. Il NAD non ha una struttura planare, ma è ripiegato su un'asse in corrispondenza dell'ossigeno centrale il che porta ad interazioni intramolecolari (legami ad H, interazioni con cationi...) per stabilizzare il sistema. L'interazione del coenzima con la proteina è esclusivamente salina (elettrostatico), il coenzima si lega all'apoproteina tramite i fosforici del pirofosfato (ci sono interazioni anche tra anelli, ma minori). Nei coenzimi NADP viene coinvolto anche il gruppo fosforico presente in 2'. Nelle cellule eucariotiche i coenzimi si dividono negli enzimi intra mitocondriali (NAD) e negli enzimi extra mitocondriali (NADP), ma ci sono delle eccezioni (glicolisi ad...)

Il NAD sposta gli elettroni da un substrato ad un altro, e dopo aver donato gli elementi di riduzione icoenzimi subiscono un cambiamento conformazionale, facendo cambiare la costante di dissociazione tra coenzima e apoproteina → il cofattore nella forma ossidata si stacca e si lega con un’altra proteina.

Questi coenzimi (NAD+ e NADP+) hanno lo scopo di alternarsi tra una forma ridotta e una forma a pH = 7 il NAD+/NADH ha un potenziale = -0.32V → sono ottimi riducenti.

L’equilibrio si impone tra una forma aromatoide (carica positiva sull’azoto) e una forma chinoide (ha la possibilità di accettare un idruro e 2 elettroni sullaposizione 4), questo equilibrio tra il substrato che dona elettroni e il coenzima è dovuto dal fatto di avere un eterociclo che permette di accettare la coppia elettronica, liberando un H+.

Le ossidoreduttasi che contengono questi enzimi operano reversibilmente, l’effetto catalitico del NAD è

lacapacità di entrare in equilibrio con il substrato che dona elettroni e idrogeno. Questa catalisi è stereospecifica: il substrato interagisce con il coenzima solo se esso è in una posizione sterica adatta. Esistono coenzimi specifici per una conformazione sulla faccia Si e coenzimi specifici per la faccia Re. Questo riguarda solo l'anello nicotinico. Il NAD e il NADH hanno uno spettro di assorbimento differente. Il NAD/NADP sono coenzimi di enzimi detti deidrogenasi, unità monocarboniose (con un solo atomo di C), come la reazione che porta l'alcol alla forma chetonica. Un altro tipo di interazione che coinvolgono i cofattori piridinici sono le reazioni dei gruppi che contengono una sostituzione amminica. In più, questi cofattori sono in grado di donare elettroni ai cofattori flavinici. L'equilibrio è spostato verso la riduzione dei coenzimi flavinici. Il NAD può

integrare con l'O trasformandolo in una specie radicalica, che promuove un'ossigenazione del substrato (idrossilazione del substrato). Molti batteri in grado di sfruttare come fonte di C gli idrocarburi promuovono questa trasformazione su di essi (sia aromatici che alifatici) → disinquinanti. 32Il deriva dalla vitamina B2, cioè quella che deriva dalla riboflavina. Molti organismi coenzima flavinico animali dipendono da questa vitamina, mentre vegetali e piante sono in grado di sintetizzarla. La struttura di base di questa specie è l'isoallossazina, la concentrazione di 3ciclo diversi che portano ad una delocalizzazione forte. Questa specie assorbe facilmente le radiazioni elettromagnetiche nella regione del visibile. La risonanza interessa gli atomi di azoto 1 e 5, punti in cui si possono eventualmente legare ulteriori elettroni (la forma stabile è quella ossidata, ma può essere ridotta). La vitamina B2 si ritrova nella forma di riboflavina,

che ha due sostituzioni: la porzione benedica ha due sostituzioni metiliche, l'anello centrale lega una catena a 5 atomi di C che porta molti gruppi OH, e termina con un estere (questa catena deriva dal ribitolo uno zucchero).

Per poter diventare un coenzima di trasporto elettronico la vitamina B2 subisce una fosforilazione (questi enzimi sono detti transfersi), che avviene sull'ultimo ossidrile del ribitolo (5').

Questa reazione porta alla formazione del FLAVINMONONUCLEOTIDE (FMN/FMNH2), un cofattore presente in enzimi extra mitocondriali, in associazione con il FAD.

Il FAD/FADH2 (flaviniadenildinucleotide) è un secondo coenzima che deriva dalla vitamina B2, e che dalla forma FMN si associa con l'ATP (similmente al NAD).

La fosforilazione promuove il riconoscimento di queste strutture dagli enzimi, che legano questi coenzimi con un legame molto stabile (sia non covalente che covalente), cioè non reversibile.

L'interazione tra coenzima FAD e

l'apoproteina avviene tramite legami deboli e interazioni apolari (legami ad H o interazioni saline con il gruppo fosfato). Il FAD e FMN occupano spazi diversi: FMN occupa meno spazio (metà circa); e gli enzimi FMN-dipendenti sono spesso ferro proteine. Il complesso FAD è ripiegato su se stesso in modo che i due eterocicli dell'isoallossazina e dell'adenina si trovano affacciati (nello stesso modo in cui è ripiegato il NAD, sullo stesso asse), in modo che ci sia un'influenza intramolecolare. La struttura che deriva dalla B2 ha una struttura planare, ed è in equilibrio tra la sua forma ossidata (forma chinonica) e la forma ridotta (forma idrochinonica); in questo equilibrio è compreso un intermedio (gli elettroni si spostano uno alla volta) detto semichinonico, che essendo in forma radicalica assorbe a lunghezze d'onda maggiori (= meno energetiche), perché è più semplice farlo passare nella sua.

formaeccitata. Dato che si perde l'alternanza tra i doppi legami la forma ridotta non assorbe nello spettro visibile. L'intermedio non ha una sola forma, ma può assumere diverse forme (anche regolate dall'ambiente esterno), e quindi dare diversi equilibri: esiste la forma semichinonica blu e quella rossa (che comprende anche una carica negativa). Il radicale a seconda di dove si posiziona dona una diversa reattività al cofattore.

Questi cofattori agiscono sulle ad esempio della riduzione da alcano ad subunità a 2 atomi di carbonio, alchene. Possono anche interagire con l'equilibrio è molto reversibile. enzimi piridinici. Inoltre c'è un interazione con i coenzimi chinonici, dove gli enzimi flavinici riducono CoQ. E una possibilità specifica con l'ossigeno: L'O può essere ridotto a due radicali ossigenasi flaviniche. ossidrilico (2), una doppia ossigenasi.

Le proteine che si legano ai coenzimi flavqicini sono

di tipo diverso (anche perché questi coenzimi hanno parti idrofobiche e idrofile), possono essere albumine o globuline. La maggior parte delle flavoproteine sono inserite in membrane sia del reticolo endoplasmatico (extramitocondriale) sia nelle membrane dei mitocondri. Ossidoreduttasi chinoniche La struttura comune a tutte le vitamine (Q, E e K) da cui derivano i coenzimi è il inbenzochinone, in equilibrio con il paradifenolo; in posizione 2 c'è quasi sempre un metile, nelle posizioni 5 e 6 ci sono delle sostituzioni idrossimetiliche e in 3 si lega una catena carboniosa abbastanza lunga, è la parte che rende idrofobico questo cofattore. La vitamina Q, anche detta Q10 (il numero dipende da quante volte è ripetuta la catena isopranoide associata alla posizione 3). In questo cofattore c'è un equilibrio redox tra la forma difenolica (ridotta), dichinonica (ossidata) e della forma radicalica intermedia il semichinone. I CoQ hanno un potenziale

più elettropositivo dei corrispondenti flavinici. L'equilibrio redox tra CoQ e CoQH2 prevede la transizione del benzochinone a fenolo (stesso equilibrio della vitamina K). I CoQH2 possono trasferire gli elettroni ad altri accettori (trasferimento al citocromo C) riducendoli. Nel ciclo del coenzima Q si parte dalla forma ridotta che si ossida, consegnando un elettrone al citocromo C; dato che il citocromo non accetta i protoni essi vengono pompati nella membrana mitocondriale (forza protonmotrice). L'altro elettrone viene consegnato al citocromo B (che ha un gradiente più basso, il passaggio è contro gradiente), e che viene riportato al citocromo (ulteriore pompaggio di protoni verso l'esterno). La vitamina K ha come struttura di base il naftochinone, composto da un anello aromatico e una porzione idrofobica con la catena isopranoide. Esistono diverse forme: filochinone (nei vegetali) - K1, menachinone - K2 e menadione - K3. Questa vitamina è coinvolta

nella promuove sulla protrombina la formazione dicoagulazione del sangue: ponti di solfuro e una modifica post traduzionale che favorisce la trasformaizone della protrombina nella forma efficace. In particolare fornisce gli equivalenti di riduzione per ridurre l'ossigeno ad una forma attivache permette la carbossilazione di un residuo di acido glutammico. L'intermedio della vitamina K è nella forma epossidica. La vitamina E, o tocoferolo, ha delle differenti strutture identificate dalla presenza di metile in α, β o γ. Uno dei due ruppi ossidrilici si trova inanellato, prima si pensava che per reagire bisognasse attivare laspecie, cioè aprire l'anello per ottenere l'equilibrio redox; in realtà è possibile la formazione di un radicalesemichinonico dove l'anello è ancora chiuso. L'importanza della presenza dell'anello che comprende il gruppo idrossilico sta nel fatto che in questa forma la molecola.

può avere una conversione (apertura dell'anello) cioè la formazione dell'equilibrio. La vitamina E rientra nell'equilibrio degli anti ossidanti, quindi essa fornisce gli equivalenti di riduzione sia per la riduzione della vitamina C sia per la bio trasformazione della vitamina A.

La vitamina C, una vitamina molto semplice, è l'acido ascorbico presente in molti vegetali, ed è sintetizzato anche in alcune cellule animali. È una vitamina molto idrosolubile ed ha un equilibrio spostato verso la forma ossidata; è coenzima di ossigenasi, ma il ciclo funziona una sola volta, non si rigenera.

Questa specie è importante per le trasformazioni sul collagene sia sui neurotrasmettitori. L'equilibrio si instaura tra una forma dienolica e la forma dichinonica. Si noti che un carbonio è chirale, quindi c'è una forma stereochimica precisa (L).

La biosintesi della vitamina C è possibile negli animali, avviene

attraverso l'ossidazione del glucosio e