Chimica biologica

ATP e il gradiente necessario

ATP, perché non c'è più il gradiente necessario allo scopo. In questo grafico viene aggiunto qualcosa di più, ma soprattutto la cosa più interessante è ciò che avviene alla fine di questo profilo; l'inizio di questo profilo è il contrario rispetto al precedente: aggiungo succinato (donatore di elettroni), e se non c'è ADP la fosforilazione non può andare, non c'è la dissipazione del gradiente protonico, e quindi anche la respirazione è ferma. Appena aggiungo ADP e fosfato, visto che c'è un donatore di elettroni, tutto si mette a funzionare normalmente, quindi viene consumato ossigeno e sintetizzato ATP. A questo punto, aggiungo l'oligomicina, bloccando nuovamente la funzione dell'ATP sintasi (basta ricordare che questi inibitori bloccano tutto quello che può fare l'ATP sintasi, cioè sia la sintesi di ATP che il flusso di protoni).

Attenzione!! Se io...

elettroni lungo la catena respiratoria.elettroni; ma vediamolo anche nella prospettiva inversa: se il gradiente è completamente assente, la catena respiratoria va alla sua massima velocità, stabilita esclusivamente dalla disponibilità di composti che donano elettroni, quindi riducenti.

Il controllo respiratorio è concetto molto semplice: è il consumo di ossigeno dopo l'aggiunta di ADP rispetto al consumo di ossigeno prima dell'aggiunta dell'ADP; il problema è che, prima dell'aggiunta, non dovrebbe esserci consumo di ossigeno, perché i protoni si accumulano e non passano da nessuna parte. Dopo l'aggiunta dell'ADP, il gradiente protonico si dissipa; allora, in un mitocondrio ideale, il consumo di ossigeno prima dell'aggiunta di ADP dovrebbe essere 0, e non è così (perché abbiamo visto che la membrana ha un po' di permeabilità), allora il controllo respiratorio è dato dal consumo di

ossigeno dopo che si è aggiunto l'ADP (quando il flusso di elettroni va velocemente) fratto quello prima: idealmente dovrebbe essere infinito s la membrana fosse assolutamente impermeabile, ma in un mitocondrio sano, isolato etc. il controllo respiratorio ha un valore di 10 circa, ovvero il consumo di ossigeno, una volta aggiunto ADP, accelera di 10 volte, come si vede nel grafico. Se il mitocondrio, quando è isolato, si deteriora, il controllo respiratorio scende sempre di più; il punto fondamentale è che il disaccoppiante abolisce il controllo respiratorio. Detto in altre parole, se aggiungo il disaccoppiante a un mitocondrio sano, l'aggiunta dell'ADP non modifica minimamente il consumo di ossigeno, perché l'ATP sintasi è completamente bypassata. Come viene regolata la fosforilazione ossidativa? Ci sono 3 scenari diversi, e la regolazione della fosforilazione ossidativa non ha dei controlli di tipo allosterico:

semplicemente su azione di massa, però il risultato finale è un perfetto coordinamento tra la catena respiratoria e il ciclo del citrato.Vediamo i vari scenari:

1. Non c'è ossigeno, oppure ce n'è poco, e la catena respiratoria rallenta, quindi si accumula NADH - ovvero NAD in forma ridotta - e FAD in forma ridotta; adi ATP, e rallenta anche il ciclo del citrato, il quale produce questo punto si riduce la sintesiNADH e FADH2 se NADH e FADH2 si accumulano, questi hanno un effetto di controllo non solo di azione di massa, ma anche allosterico, su alcune tappe del ciclo e quindi il ciclo rallenta.L'assenza di ossigeno è rappresentata da quest'analogia idraulica: tutti gli intermedi dellacatena respiratoria si trovano in forma ridotta ma si accumula NADH.

2. Quando la cellula è a digiuno, scendono i livelli di acetil-CoA, e di conseguenza rallenta del citrato. In queste condizioni scarseggiano il NADH e il FADH2, e in questo

casoil ciclorallentano anche la catena respiratoria e il consumo di ossigeno; allo stesso modo, anche la sintesi di ATP diminuisce, in quanto, se non ci sono gli erogatori di energia sotto forma di coenzimi ridotti, tutto rallenta e la sintesi di ATP si riduce. Questo viene rappresentato qui: scarsità di NADH, in cui i vari intermedi tenderanno a prevalere in forma ossidata, perché l'ossigeno sottrae elettroni, ma poi ne arrivano pochi a monte.

3. C'è tanto ATP e molto poco ADP, quindi alta carica energetica; l'ATP sintasi rallenta sempre di più, perché il substrato dell'ATP sintasi è l'ADP. Se c'è sempre meno ADP, in quanto è quasi tutto in forma di ATP (quasi tutto fosforilato), l'ATP sintasi rallenta, si accumula il gradiente protonico e a questo punto la catena respiratoria rallenta a sua volta, perché trova il controgradiente che impedisce il progresso del processo ossidoriduttivo, che

è accoppiato col pompage di protoni: tanti protoni nello spazio intermembrana, la catena pompare di più, ma rallenta anche la riossidazione del respiratoria ne può NADH e FADH2. Questo, a sua volta, porta al rallentamento del ciclo del citrato; quindi, i tre processi - ciclo del citrato, flusso di elettroni, sintesi di ATP - sono ingranati inesorabilmente l'uno con l'altro. I sistemi navetta per l'importazione nei mitocondri del NADH citoplasmatico Quindi sistemi navetta per il trasporto del NADH sintetizzato al di fuori del mitocondrio (parliamo della glicolisi) all'interno del mitocondrio. All'interno del mitocondrio, il rapporto NADH-NAD è decisamente maggiore che non nel citosol, quando ci troviamo in un regime normale, con normali consumi di ossigeno e approvvigionamento di composti ossidabili; questo perché nel mitocondrio c'è una grossa densità di attività enzimatiche che producono NADH. Nel citosol,quello che prevale largamente è il NAD+; ora, il NADH dev'essere comunque traslocato all'interno del mitocondrio (il NADH citosolico prodotto perlopiù dalla gliceraldeide 3-fosfato idrogenasi), ma non può andare contro gradiente, allora c'è un sistema di trasporto fatto in questo modo: c'è una glicerolo 3-fosfato deidrogenasi che utilizza il NADH, trasferisce gli elettroni al diidrossiacetonfosfato - ossidato rispetto al glicerolo, ha un gruppo chetoni anziché alcolico - il quale si riduce e abbiamo il glicerolo. C'è un'altra glicerolo 3-fosfato deidrogenasi mitocondriale a livello della membrana mitocondriale interna, nella quale avvengono i fenomeni, in quanto quella esterna è molto più permeabile, e dunque lascia passare i piccoli composti senza problema. Il glicerolo 3-fosfato viene riossidato da questa glicerolo 3-fosfato deidrogenasi, che utilizza il FAD, più ossidante del NAD+, percui la reazione può andare in questa direzione, perché il FAD sottrae il glicerolo 3-si forma FADH2, chefosfato deidrogenasi con molta efficienza perché molto ossidante: chiude il ciclo; quinditrasferisce i propri elettroni al complesso 3; il risultato è che il NADH citosolico, alla fine, nel bilancioenergetico, vale quanto il FADH2 , un po' meno - i 2/3 - però è il prezzo da pagare perché il NADH citosolico,in un ambiente in cui di NADH ce n'è di meno, possa andare contro gradiente, quindi essere incanalato nellacatena respiratoria in un ambiente dove idealmente di NADH ce n'è di più; è un modo per promuovere unareazione che, se fosse la pura semplice traslazione, non sarebbe favorita termodinamicamente. (cioè CO2La resa in ATP derivante dall'ossidazione completae acqua) di una molecola di glucosio: da glucosio a piruvatoabbiamo 2 ATP (e qui scrivo 2 FADH2, quando inrealtàdovrebbero essere 2 NADH, ma mettiamo nel bilancio FADH2 anziché NADH, perché nell’ossidazione è previsto che il NADH si converta in FADH2); poi da 2 piruvato a 2 acetil-CoA si formano altri 2 NADH, e questa è la piruvatodeidrogenasi; poi c’è il ciclo del citrato, in cui il bilancio è 2GTP (naturalmente è tutto rapportato alla molecola di glucosio, quindi si moltiplica per 2), 6 NADH e 2 FADH2. A convertire il NADH a questo punto, se vogliamo fare un conto della resa in ATP; complessivamente dobbiamo ottenere in ATP: 8 NADH x 2.5 = 20 ATP, 4 FADH2 x 1.5 = 6 ATP, se facciamo la somma sono 30 ATP totali. In buona sostanza, questo è un numero convenzionale, con cui si vuole mettere in evidenza che, rispetto alla degradazione anaerobica, l’incremento di resa in ATP è davvero imponente (15 volte tanto). La resa termodinamica vuol dire quanta energia viene immagazzinata sotto forma di ATP diviso ilpatrimonio energetico complessivo associato all'ossidazione completa del glucosio; questo valore (patrimonio energetico complessivo) è un dato che va preso così com'è, ed è la misura di quanto si ottiene nella combustione del glucosio. Anche qui abbiamo una resa di poco più del 30%. Possiamo anche misurare la resa della fosforilazione ossidativa, e anche qui bisogna quantificare l'energia associata all'ossidazione completa del NADH nel trasferimento degli elettroni dal NADH stesso all'ossigeno, l'accettore finale. Si usa la solita formula (∆G = -n F ∆E), se noi sappiamo - come sappiamo - i potenziali ossidoriduttivi, viene fuori -220 kJ/mole. Abbiamo, per ogni NADH, la sintesi di 2.5 molecole di ATP + 77 kJ/mole, e anche qui siamo sul 35% di resa. L'effetto Pasteur Questo effetto c'entra in modo tangenziale con la funzione mitocondriale, però, per capire esattamente di che si tratta, bisogna aver compreso in.

anticipo co