Ciclo di Krebs

GOTfa uscire l'alfa-chetoglutarato: avviene la stessa transaminazione che si chiama (glutammato-ossalacetato transaminasi), che l'isoforma citoplasmatica.

Catena respiratoria e fosforilazione ossidativa

Questi due processi sono talmente interconnessi tra loro che non si possono scindere. I protagonisti cellulari di questo processo sono i mitocondri e una struttura molecolare enorme, una ATP-sorta di turbina molecolare che si trova a livello della membrana mitocondriale interna: SINTETASI o F0,F1-ATP SINTETASI, che è, appunto, il motore meccanico che converte l'energia meccanica in energia chimica.

Il consumo medio di un uomo normotipo è di circa 2000 kcal al giorno, il che corrisponde a 83 kg di ATP, tuttavia l'uomo possiede solo 250 g di ATP, quindi è chiaro che un uomo di 80 kg, per esempio, non può possedere 83 kg di ATP. Quindi, esistono dei sistemi di riciclo continuo e costante ADP-ATP, e una molecola di ATP viene riciclata circa 300 volte.

Se facciamo un calcolo, partendo dalla glicolisi anaerobia per arrivare al ciclo di krebs, abbiamo 12 coppie di elettroni che attraversano il citoplasma e il ciclo di krebs per arrivare all'interno del mitocondrio nella catena di trasporto degli elettroni. Questo sta a significare che questi elettroni rilasciati durante l'ossidazione non sono direttamente trasferiti all'O2, ma ai coenzimi NAD+ e FAD, con la formazione di 10 NADH e 2 FADH2. Questo avviene sia a livello citoplasmatico che all'interno della matrice mitocondriale, dove ci sono un bel po' di deidrogenasi che raccolgono questi elettroni dai processi catabolici (ad esempio, la beta-ossidazione che produce grandi quantità di NAD e FAD ridotti). E che siano di provenienza mitocondriale o citoplasmatica, sia il NAD che il FAD ridotti devono scaricare i riducenti all'interno della catena di trasporto degli elettroni; questo avviene tramite delle molecole intermedie: innanzitutto NAD e FAD quando scaricano gli elettroni.

elettroni si riducono e si riossidano (cioè sono privi della molecola di H); successivamente ci sarà il trasferimento di questi elettroni, quindi si attiveranno una serie di reazioni redox (10 centri redox saranno attraversati dagli elettroni); durante il trasferimento degli elettroni, dal mitocondrio vengono espulsi i protoni nello spazio Inter-membrana, con la generazione di un gradiente protonico attraverso la membrana È mitocondriale interna, che genererà l’energia potenziale necessaria per la sintesi di ATP. -> proprio l’ATP SINTASI che converte l’energia di gradiente in energia di legame e quindi si sintetizza ATP (fosforilazione ossidativa ).

NB. Il sistema mitocondriale di trasporto degli elettroni non è altro che una sequenza di reazioni redox. Durante queste reazioni:

1. Gli elettroni trasferiti possono passare direttamente dai donatori agli accettori;
2. Gli elettroni possono essere trasferiti da un donatore ad un accettore

mediante un trasportatore di elettroni. 3. Gli elettroni passano spontaneamente da un trasportatore a bassa affinità per gli elettroni ad un altro con alta affinità e così via. Quindi, l'ossidazione biologica completa di sostanze organiche nutrienti crea un flusso di elettroni che procede verso l'ossigeno mediante una serie di trasportatori di elettroni intermedi. La reazione complessiva è: Sostanza organica + O2 -> CO2 + H2O + energia La CO2 si sviluppa lungo il krebs, mentre l'H2O si forma proprio a seguito dello scaricamento degli elettroni. Il ferro fa parte del centro ferro-zolfo all'interno della catena degli elettroni o all'interno dei citocromi, che sono delle molecole simili alla mioglobina, costituiti da una porzione proteica e da un gruppo eme, in cui, però, a differenza della mioglobina, il ferro appartenente all'eme non

èferroso ma ferrico. Quindi in queste reazioni ci possono essere reazioni redox o trasferimentidiretti, oppure ci sono dei trasportatori intermedi.l’agente riducente è il donato di elettroni. L’agente ossidante è l’accettore di elettroni.

Ricordiamo che:

La catena respiratoria comprende 4 complessi proteici:

• Complesso I-> NADH deidrogenasiffi fi ff ffi fl
• Complesso II-> succinato deidrogenasi (unico complesso a non essere di uso in matrice, maad essere ancorato nella membrana mitocondriale interna)
• Complesso III-> citocromo-c reduttasi
• Complesso IV-> citocromo-c ossidasi

In questo sistema di complessi multi-molecolare ci sono anche due trasportatori di elettroni intermedi:

• CoenzimaQ o ubichinone
• Citocromo C (molecola altamente idro lica, somiglia alla mioglobina perché è caratterizzatadalla presenza di un gruppo eme.

Il gradiente protonico è garantito dai complessi I,III,IV (che sono

delle pompe trasportatrici controgradiente), mentre il complesso II non partecipa al gradiente protonico. Il NAD ridotto scarica a livello del complesso I, mentre il FAD ridotto a livello del complesso II; poigli elettroni passeranno da un complesso all'altro. Il complesso I, III e IV garantiscono il trasporto contro gradiente di concentrazione degliidrogenioni. Ubichinone e citocromo C sono dei trasportatori indispensabili. - Ubichinone: è una molecola fortemente idrofobica, infatti è inserita nella compagine di acidigrassi della membrana mitocondriale interna, dove riceve gli elettroni dal complesso I e dal complesso II; quindi, è un accettore da parte dei due complessi che parallelamente lo andranno a ridurre in ubichinolo. Esso può presentarsi sia nella forma ridotta che semiridotta (3 stadi di ossidazione). Presenta una coda isoprenoide che lo rende ancora più idrofobico. Ha un doppio legame con l'ossigeno, che si rompe al fine di

garantire la riduzione della molecola stessa, che passerà da una forma ossidata, ad una semiridotta, per arrivare ad una forma completamente ridotta che avrà acquisito una sola molecola biatomica dell'H. L'ubichinone è un carrier mobile all'interno del bilayer.

Il citocromo C: è una molecola fortemente idrofila, tanto che rotola (è una molecola mobile così come l'ubichinone) lungo le teste idrofobiche fosfolipidiche dello spazio inter-membrana e garantisce il trasporto degli elettroni dal complesso III al IV, dove avverrà la riduzione dell'ossigeno. Da questo complesso dipende proprio la dipendenza degli organismi superiori dall'ossigeno: esso utilizza l'O2 per formare H2O e questo gradiente di elettroni è indispensabile per l'attivazione della citocromo C ossidasi (complesso IV).

I citocromi sono formati da una parte proteica, all'interno della quale si trova un

e altre sono codificate dal DNA mitocondriale. La catena di trasporto degli elettroni è composta da una serie di complessi proteici che si trovano nella membrana interna dei mitocondri. Questi complessi lavorano insieme per trasferire gli elettroni dai donatori di elettroni (come il NADH) ai ricevitori di elettroni (come l'ossigeno), generando energia sotto forma di ATP. Durante questo processo, il citocromo c svolge un ruolo cruciale. Viene rilasciato dalla membrana mitocondriale interna e si lega ad altre proteine per formare un complesso chiamato apoptosome. Questo complesso attiva una cascata di eventi che porta alla morte cellulare programmata. In sintesi, il gruppo prostetico eme è essenziale per il corretto funzionamento della catena di trasporto degli elettroni e il citocromo c svolge un ruolo chiave nell'apoptosi, la morte cellulare controllata.

altre dal DNA mitocondriale. Quindi, sia il mitocondrio che la cellulare partecipano, con un proprio trascrittoma, alla sintesi proteica di queste proteine. La parte proteica dei complessi è importante perché supporta la parte prostetica di questi complessi, la quale è la vera protagonista del trasporto degli elettroni.

All'interno del complesso I troviamo l'FMN (avin mononucleotide) e una parte del FAD. Quindi è un coenzima che va incontro a reazioni redox: il NAD ridotto riduce l'FMN, che ridurrà i centriferro-zolfo inseriti all'interno del complesso I. Analogamente nel complesso III e IV ci sono strutture protesiche prostetiche, è citocromi e gruppi eme con l'atomo di Fe al centro, oppure ci sono atomi di rame (complesso VI); insomma c'è tutta una compagine proteica che partecipa al trasporto degli elettroni.

Schema della catena respiratoria

MEMBRANA MITOCONDRIALE INTERNA

→ COMPLESSO I (dove scarica il NAD)

→ COMPLESSO II (è un enzima del ciclo di krebs che riduce il FAD, il quale scarica sempre nel complesso II)

→ complesso I e complesso II scaricano gli elettroni sul COENZIMA Q

→ questo scarica nel COMPLESSO III

→ garantisce il passaggio degli elettroni sul CITOCROMO C

→ si riduce il COMPLESSO IV

→ esso produce H2O utilizzando l’O2.

Scambio ADP/ATP traslocasi

Le sono dei sistemi a foro oscillante che intrappolano l’ADP nel citoplasma e lo fanno entrare nella matrice mitocondriale; poi quando, attraverso la fosforilazione ossidativa, si formerà antiporto ATP, prenderanno la molecola di ATP e la riporteranno nel citoplasma.

Sono delle chelavorano in modo spedito.

I complessi

• Complesso I: NADH deidrogenasi nito (o NADH-CoQ ossidoriduttasi). Esso catalizza 2 processi accoppiati: 1) L’OSSIDAZIONE DEL NADH DA PARTE DEL CoQ; 2) IL TRASFERIMENTO DI 4 H+ DALLA MATRICE ALLO SPAZIO INTERMEMBRANA.

È caratterizzatodalla presenza di 43 catene polipeptidiche ed ha la forma di una L, dove la parte orizzontale èinserita in membr. mit. interna, mentre la parte verticale protrude verso la matrice. All’interno di6/7 centri ferro-zolfoquesto complesso avviene la scaricamento del NAD e una serie di(strutture in cui il ferro contrae rapporti con lo zolfo inorganico o con atomi di zolfò che sitrovano sugli aa cisteina o metionina) che costituiscono dei centri redox. In questo complessoavin-mononucleotide->abbiamo anche una molecola di quindi gli elettroni passano da unaspecie molecolare all’altra no a quando non viene ridotto il coenzima Q.

Complesso II: succinato deidrogenasi.è la RICEVE GLI EQUIVALENTI RIDUCENTI DAL FADe anche qui sono presenti diversi centri ferro-zolfo. Scarica gli equivalenti riducenti al coenzimaQ, il quale riceve gli equivalenti riducenti:

1. Dal complesso II;
2. Dal FAD (che viene ridotto dal glicerolo-3-fosfato);

Dalla b