Domande Biochimica

II).

elettroni della catena respiratoria (complesso

FUMARASI (tappa 7)

- la catalizza l’idratazione del fumarato a malato (ΔG°’ = -3.8 kJ/mol).

MALATO DEIDROGENASI.

- il malato (tappa 8) è infine ossidato ad ossalacetato dalla In condizioni standard, è una reazione

fortemente endoergonica (ΔG°’= 29,7 kJ/mol), ma è accoppiata alla prima reazione del ciclo (condensazione in citrato), la quale

è invece fortemente esoergonica (ΔG°’= -32.2 kJ/mol).

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Ruolo dei complessi nella Fosforilazione-OX Produce la maggior parte dell’ATP necessario

La fosforilazione ossidativa è il processo finale del catabolismo aerobico.

alla cellula.

Si compone di due fasi distinte, accoppiate funzionalmente ma non strutturalmente:

1. nella catena respiratoria, gli elettroni fluiscono dai trasportatori NADH e FADH verso l’accettore

2

finale O , con l’ossidazione dei trasportatori e la riduzione di O ad H O

2 2 2

2. L’energia liberata dal trasporto degli elettroni è accoppiata alla creazione di un gradiente

elettrochimico, che sostiene la fosforilazione dell’ADP in ATP.

La catena respiratoria è costituita da una serie di trasportatori di elettroni: strutturalmente, sono complessi multiproteici che

contengono cofattori capaci di accettare/donare uno o due elettroni.

I cofattori dei trasportatori di elettroni sono di tre tipi:

- +

Ubichinone (coenzima Q) — Se il coenzima Q viene ridotto acquistando un elettrone da un protone (H ), o meglio da

+

un "catione idrossonio (H3O )", forma un radicale chiamato ubisemichinone (QH)

Per ulteriore riduzione con un altro elettrone ed un altro protone il composto diventa un ubichinolo (QH ). Detto anche

2

Coenzima Q10, serve da trasportatore mobile: la sua catena laterale idrofobica gli permette di diffondere lateralmente

nella membrana mitocondriale interna, quindi di mediare il trasferimento degli elettroni tra i trasportatori meno mobili.

- Il citocromo c — è una proteina solubile dello spazio intermembrana. È passibile di ossidazione e riduzione, ma non

lega ossigeno.

È un componente essenziale della catena di trasporto degli elettroni, che avviene attraverso la membrana del

compartimento interno dei mitocondri, in cui trasporta un elettrone per reazione.

–

Il gruppo eme del cyt c è accettore di e da parte del Complesso III (Coenzima Q – Cyt C reduttasi) detto anche

–

complesso bc1, ed è donatore di e al centro rameico binucleare del Complesso IV (Cyt C ossidasi)

- Proteine Fe-S — Compongono alcuni complessi di membrana; il Fe è coordinato in un gruppo non-eme; scambiano un

solo elettrone.

Tranne il cyt c e l’ubichinone Q (trasportatori mobili), i trasportatori di elettroni sono complessi multiproteici inseriti

integralmente nella membrana mitocondriale interna, in cui hanno mobilità ridotta.

Complesso 1: La NADH deidrogenasi è un complesso di 43 proteine, contenente una flavoproteina FMN e sei centri Fe-S:

catalizza l’ossidazione del NADH con riduzione di Q, accoppiate al trasferimento di 4 protoni dalla matrice verso lo spazio

intermembrana.

Complesso 2 : La succinato deidrogenasi è un complesso proteico integrale della membrana interna del mitocondrio ed è uno

degli enzimi del ciclo di Krebs (l’unico del ciclo ancorato ad una membrana): il complesso enzimatico contiene FAD e tre centri

Fe-S. La ossidazione del succinato a fumarato determina la riduzione completa dell’ubichinone (QH2). Per quanto riguarda

questo complesso, al flusso di elettroni NON è associato un trasporto di protoni.

Complesso 3: chiamato anche complesso bc1 oppure “CoQ - cyt c ossidoreduttasi”, accoppia il trasferimento degli elettroni

dall’ubichinolo (QH ) al citocromo c con il trasporto di protoni dalla matrice allo spazio intermembrana.

2

L’unità funzionale del Complesso III è un dimero, in cui l’ubichinone è libero di muoversi dal lato della matrice della membrana

(sito Qp) allo spazio intermembrana, mentre trasporta gli elettroni e i protoni attraverso la membrana mitocondriale interna.

Il ciclo dell’ubichinone regola il trasferimento degli elettroni da un trasportatore a due elettroni (l’ubichinone) a trasportatori ad

un solo elettrone (i citocromi b1, C1 e C); ciò spiega la stechiometria della reazione in cui sono traslocati quattro protoni per

ogni coppia di elettroni che viene trasferita da questo complesso al citocromo c.

Complesso 4: dal citocromo C all’O .

2

Nella tappa finale della catena respiratoria il Complesso IV, o citocromo ossidasi, trasporta gli elettroni dal citocromo C

all’ossigeno molecolare riducendolo ad H O.

2

Il Complesso IV è un enzima di grandi dimensioni della membrana mitocondriale interna.

Il trasferimento degli elettroni attraverso il Complesso IV procede dal citocromo C al centro CuA, al gruppo eme alpha, al

centro alpha3-CuB e infine all’O

2 +

Ogni volta che quattro elettroni attraversano questo complesso, l’enzima preleva quattro ioni H dalla matrice (lato n, neutro,

matrice, interna) per convertire rO in due molecole di H O. Il complesso utilizza anche l’energia di questa reazione redox per

2 2

pompare un protone nello spazio intermembrana (lato p, positivo, spazio intermembrana, esterno) per ogni elettrone che lo

attraversa, aumentando ulteriormente il potenziale elettrochimico prodotto dal trasporto protonico attraverso i Complessi I e III.

Insulina

È un ormone che è importante per metabolismo ed utilizzazione dell'energia proveniente dalle sostanze nu-trienti ingerite -

particolarmente glucosio.

L’insulina è un ormone proteico (peptidico). Ci sono 51 amminoacidi in una molecola dell'insulina. Ha un peso molecolare di

β

5808 Da. È costituita da due catene polipeptidiche unite da un legame disolfuro, è prodotta nel pancreas dalle cellule (isole di

Langerhans).

L'Insulina ha molte funzioni tra cui le principali sono:

• Induce le celle nel fegato, nel muscolo e nel tessuto grasso ad un uptake del glucosio dal sangue e a convertirlo in

glicogeno che può essere accumulato nel fegato e nei muscoli

• L'Insulina impedisce l'utilizzazione dei lipidi come fonte di energia. In assenza di insulina o nelle circostanze dove

l'insulina è bassa il glucosio non è assorbito dalle cellule e l'organismo comincia ad usare il grasso come fonte di energia

• Partecipa anche alla regolazione dell'assorbimento degli amminoacidi.

L’insulina stimola l’anabolismo in risposta ad alti livelli di glucosio ematico (glicogenosintesi).

La sua secrezione è stimolata da alti livelli di glucosio e da ormoni gastrointestinali, liberati dopo l’assunzione di cibo,

inducendo nelle cellule epatiche la sintesi del glicogeno, l’ingresso di glucosio e la glicolisi.

Structure at synthesis

In the beta cells of the pancreas, the insulin molecule is originally produced as a single molecule (preproinsulin) composed of

110 amino acids. It passes through the endoplasmic reticulum and 24 amino acids ("the signal peptide") are removed by enzyme

action from one end of the chain, leaving another form (pro-insulin) behind.

The proinsulin folds and binds to give the molecule its final structure. Then the proinsulin passes into vesicles budded off from

the Golgi body.

Thereafter the middle section ("the C chain") of 33 amino-acids is removed by the action of the enzymes prohormone

convertase 1 and 2, converting it into the final structure with 2 chains, A and B. Further 2 amino acids are removed by another

enzyme carboxypeptidase E.

Normal insulin that is biologically active is monomeric or exists as a single molecule. It has two long amino acid chains or

polypeptide chains. The chains are chain A with 21 amino acids and chain B with 30 amino acids.

Two disulfide bridges (residues A7 to B7, and A20 to B19) covalently connect the chains, and chain A contains an internal

disulfide bridge (residues A6 to A11). These joints are similar in all mammalian forms of insulin.

When secreted insulin joins in two’s to form dimmers and then in six’s to form hexamers. This combination takes place in the

presence of zinc.

The peptide chains then form 2 dimensional and three dimensional forms. Each of these 3-dimensional structures have three

helices and three conserved disulfide bridges. This is a basic fold. This basic fold is present in all members of the insulin peptide

family.

At the core or center of the molecules is a hydrophobic or “water-hating” or water repellent area. These cluster of hydrophobic

residues in the center contributes to protein stability. Stability is also lent by the disulfide bridges.

Surrounding its core, the monomer has two extensive nonpolar surfaces. One of them is a flat one that is aromatic and gets

buried when there is a dimer formation. The other surface is more extensive and disappears when a hexamer is formed. This is

called the quaternary structure of insulin.

Diabetes mellitus

This is an all-encompassing term for hyperglycemia or excessive blood sugar. There are further classifications of diabetes

mellitus. These include:

• Type 1 diabetes or Insulin dependent diabetes mellitus (IDDM) – In these patients there are auto-immune mechanisms

in which the body’s own immune cells attack the insulin producing beta cells of the pancreas. This leads to an absolute insulin

deficiency. These patients need to be supplemented with insulin injections from outside.

• Type 2 or Non insulin dependent diabetes mellitus (NIDDM) – This is a condition where the body fails to produce the

required amount of insulin. Thus there is a relative insulin deficiency. Genetic susceptibility, environmental factors, obesity,

lack of physical exercise, insulin resistance etc. may lead to relative insulin deficiency.

• Gestational diabetes – Some pregnant women require more insulin than their body can produce during pregnancy. This

is also a state of relative insulin deficiency

• Impaired glucose tolerance and prediabetes - Prediabetes is a condition in which blood glucose levels are higher than

normal but not high enough for a diagnosis of diabetes. This condition is sometimes called impaired fasting glucose (IFG) or

impaired glucose tolerance (IGT). People with prediabetes are at increased risk of developing type 2 diabetes.

Insulinoma

These are tumors of the pancreatic beta cells that lead to excess production of insulin and this results in hypoglycaemia.

However, blood glucose level alone is not diagnostic of insulinoma. Fasting insulin level of greater than 24 mU/mL is found in

approximately 50% of patients with insulinoma.

Values of insulin greater than 7 mU/mL after a more prolonged fast in the presence of a blood glucose less than 40 mg/dL also

should raise suspicion of insulinomas.

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