Domande di preparazione all'esame di Biochimica e analisi biochimica degli alimenti

Processo di ossidazione e riduzione

La spontaneità di una reazione è determinata dal valore di ΔG, che deve essere inferiore a 0. Quando una molecola si ossida, un'altra si riduce e viceversa. I cofattori, come i trasportatori di potenziale riducente, ci permettono di ottenere queste reazioni.

Nel caso del complesso della piruvato-deidrogenasi in condizioni aerobiche, si ossida il NADH, che ritorna alla sua forma ossidata NAD+. Questo processo è inibito da ATP, NADH e Acetil-CoA. Inoltre, la presenza di O2 permette la formazione di CO2, trasformando alla fine tutti i sei atomi di carbonio iniziali del glucosio.

Una volta ottenuto l'acetil-CoA, la molecola entra nel mitocondrio e possono iniziare le otto reazioni cicliche:

1. FOFORILAZIONE (citrato-sintasi): Acetil-CoA + Ossalacetato → Citrato
2. ISOMERIZZAZIONE (aconitasi): Citrato → Isocitrato
3. DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA (isocitrato-deidrogenasi): Isocitrato → α-KG + NADH2
4. DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA (α-KG-deidrogenasi): α-KG → Succinil-CoA + NADH2
5. CONDENSAZIONE (succinil-CoA-sintetasi): Succinil-CoA + GDP + Pi → Succinato + GTP + CoA

elettroni è un processo che avviene nella membrana interna dei mitocondri. Durante questo processo, gli elettroni vengono trasferiti da una molecola all'altra attraverso una serie di complessi proteici chiamati complessi I, II, III e IV. Durante il trasferimento degli elettroni, viene pompato fuori dalla matrice mitocondriale, creando un gradiente elettrochimico. Sintesi dell'ATP: La sintesi dell'ATP avviene grazie all'enzima ATP sintasi, che sfrutta il gradiente elettrochimico creato durante la catena di trasporto degli elettroni. L'enzima utilizza l'energia del gradiente per fosforilare l'ADP, formando l'ATP. In sintesi, la fosforilazione ossidativa è il processo in cui gli elettroni vengono trasferiti lungo la catena di trasporto degli elettroni, creando un gradiente elettrochimico che viene poi utilizzato per sintetizzare l'ATP.

elettroni permette di ossidare i cofattori ridotti (NADH e FADH₂) prodotti nel catabolismo; sono entrambi molto importanti in quanto vengono utilizzati nel ciclo di Krebs e nella glicolisi. L'O₂ che noi respiriamo è l'accettore finale degli elettroni. Nella catena di trasporto si crea un "flusso di elettroni" che parte dai cofattori ridotti, i quali si ossidano al passare degli elettroni, e va in direzione dell'ossigeno, il quale riducendosi porta alla formazione di H₂O. Il "flusso di elettroni" viene utilizzato per produrre ATP. La catena di trasporto degli elettroni è localizzata nella membrana mitocondriale interna. Il flusso è spontaneo, in quanto avviene in autonomia la sintesi dell'ATP in seguito al trasporto degli elettroni. Nella catena di trasporto degli elettroni, gli elettroni passano attraverso una serie di trasportatori intermedi in grado di ridursi e ossidarsi. Gli elettroni, in tutte le redox, si muovono verso

intermedi con potenziali standard di riduzioni più +. Il potenziale standard di riduzione indica la tendenza di una specie chimica a subire il processo di riduzione. Più è alto > sarà la tendenza ad accettare e. I potenziali redox standard sono riferiti a semi-reazioni scritte nel verso della riduzione. Se una semi-reazione viene invertita, va invertito il segno del potenziale standard. Quando vengono accoppiate due semi-reazioni, quella che ha un potenziale redox < va nel verso dell'ossidazione, mentre quella con il potenziale > va nel verso della riduzione. Una reazione è spontanea se il suo  voltaggio, ovvero la somma dei potenziali standard delle due semi-reazioni, è positivo. G < 0 quando E > 0.

Flusso di elettroni: La catena avviene grazie a 4 complessi multi-enzimatici e multi-proteici. I 4 complessi sono parte integrante della membrana mitocondriale interna. In ogni complesso sono presenti più trasportatori

intermedi attraverso i quali passano gli elettroni.

Complesso 1: (NADH-CoQ-ossido-reduttasi), elettroni dal NADH al coenzima Q. Il coenzima Q è liposolubile, per tanto è libero di muoversi nel doppio strato fosfolipidico della membrana interna. Ha la funzione di portare gli elettroni fino al C3. Quindi il NADH si ossida a NAD e cede il suo elettrone al C1, a questo punto il CoQ riceve l'elettrone e di conseguenza si riduce in CoQH₂ (CoQ: ossidato; CoQH₂: ridotto.)

Complesso 2 (Succinato-CoQ-ossido-reduttasi): elettroni dal FADH al coenzima Q₂. Il FADH si riossida e diventa FAD ossidato, mentre il CoQ si riduce in CoQH₂. La succinato-deidrogenasi del ciclo di Krebs è parte integrante di questo complesso, infatti questo enzima non si trova libero nella matrice. Il succinato, formatosi nel ciclo di Krebs, arriva al C2 dove è presente la succinato-deidrogenasi che lo ossida a fumarato. Il FAD si riduce all'interno del C2, dove si riossida e

cede gli elettroni utili alla riduzione del CoQ.

Complesso 3 (CoQH -CitocromoC-ossido-reduttasi): elettroni dal CoQH al citocromo C = Cit.2

Grazie all'ossidazione del CoQH abbiamo una perdita di elettroni che guadagna il Cit, questa molecola è una2proteina contenente un gruppo eme, simile a quello di mioglobina ed emoglobina. Il ferro contenuto nel gruppo eme è la specie che si ossida e si riduce. I diversi citocromi si differenziano in base alle modificazioni del gruppo eme. Il Cit è associato alla superficie esterna della membrana interna, quindi verso lo spazio inter-2+ 3+membrana. Ha la funzione di trasportare gli elettroni fino al C4. (Fe ridotto ; Fe ossidato )(ferroso) (ferrico)

Complesso 4: (citocromo-ossidasi), elettroni dal Cit all'O che si riduce a H O.2 2

L'ossigeno che respiriamo ha proprio questo obiettivo. Associato al passaggio degli elettroni avviene un trasporto di ioni idrogeno, contro gradiente di concentrazione, non

È quindi spontaneo, dalla matrice mitocondriale verso lo spazio inter-membrana. Il pH della matrice è più alto del pH dello spazio inter-membrana, quindi all'esterno abbiamo un pH inferiore perché abbiamo più ioni H+. Solo i complessi 1, 3 e 4 sono in grado di pompare H+. La catena di trasporto degli elettroni ha proprio lo scopo di mantenere costante il pH tra interno ed esterno della membrana. Sintesi dell'ATP: L'ATP sintasi è una proteina oligomerica, enzima che ci permette di sintetizzare, quindi fosforilare l'ADP in ATP. Anche l'ATP sintasi è associata alla membrana mitocondriale interna. Si divide in F0 che è lo spazio interno che attraversa la membrana, mentre l'F1 sporge nella matrice ed è la sede della produzione di ATP. Questo enzima è importante perché permette di accoppiare la catena di trasporto degli elettroni con la fosforilazione dell'ADP a dare ATP.catena di trasporto pompa il passaggio degli H in modo spontaneo, secondo gradiente di concentrazione. Attraverso l'ATP sintasi si inducono delle modificazioni conformazionali che permettono la fosforilazione di ⁺ADP a ATP, poiché passando per questo enzima gli H riescono a rientrare, formando così un vero e proprio flusso. Produzione: Glicolisi + Krebs + Il NADH passa da 3 complessi tutti che pompano H all'esterno; invece il FADH passa da 3 complessi (2, 3, 4) ma solo 2 complessi (3 e 4) pompano ioni H all'esterno. Per questo gli H esterno sono un numero maggiore. 33. Per quale motivo l'ossidazione del FADH nella catena di trasporto degli elettroni permette la produzione di soli 2 ATP, mentre l'ossidazione del NADH produce 3 ATP? OK La catena di trasporto degli elettroni comprende 4 complessi multi-enzimatici e multi-proteici, che sono parte integrante della membrana mitocondriale interna, attraverso i quali avviene appunto il passaggio di

elettroniper riossidare i cofattori riducenti. +Associato al flusso di elettroni avviene un trasporto di ioni H contro gradiente di concentrazione all'esternonello spazio inter-membrana, il quale provoca un conseguente abbassamento del pH: all'esterno il pH sarà+più basso, quindi più acido, rispetto all'interno. I complessi in grado di pompare ioni H all'esterno sono solo+l'1, il 3 e il 4. Gli H pompati all'esterno tendono spontaneamente, secondo gradiente di concentrazione, atornare all'interno nella matrice attraversando l'ATP-sintasi, enzima immerso nella membrana mitocondrialeinterna. L'ATP-sintasi è divisa in F0, ovvero lo spazio interno, e F1, parte sporgente della membrana, doveavviene la produzione di ATP. Il loro passaggio induce una modificazione conformazionale di essa chepermette di far avvenire la fosforilazione di ADP per ottenere ATP. +Il FADH attiva i complessi 2,3 e 4: non essendo in grado,

Il complesso 2, di pompare ioni H con l'ossidazione2 +del FADH vengono pompati meno ioni H all'esterno della membrana e di conseguenza quelli che2rientreranno attraverso l'ATP-sintasi saranno di meno. (meno modificazioni conformazionali = meno fosforilazioni = meno ATP = meno energia) Il NADH invece attiva i complessi 1, 3 e 4: tutti e tre pompano ioni H all'esterno, che saranno sicuramente dipiù di quelli pompati dall'ossidazione del FADH, in quanto ha un complesso in meno che pompa ioni. Perciò tramite l'ossidazione di 1 NADH si producono 3 ATP e con quella di un FADH soltanto 2.234.

Qual è la differenza tra acidi grassi saturi e insaturi? OK Gli acidi grassi saturi non hanno doppi legami, dunque il loro catabolismo segue i cicli di beta-ossidazione, consumando un -FADH e quindi -2ATP, al fine di formare un doppio legame. Gli acidi grassi insaturi hanno almeno un doppio legame cis e, man mano che si staccano unità di

acetil-CoA, il doppio legame si sposta sempre più vicino all'estremità carbossilica. Essi si differenziano in:

Monoinsaturi: hanno un solo doppio legame. Inizialmente, la loro sintesi, procede come se fosse un acido grasso saturo, staccando un acetil-CoA attraverso la β-ossidazione.

1) SPOSTO DOPPIO LEGAME (???): Acil-CoA cis-D3-Enoil-CoA |

2) ISOMERIZZAZIONE (Enoil-CoA-isomerasi): cis-D3-Enoil-CoA trans-D2-Enoil-CoA (produco -1FADH2 perché il doppio legame è già presente, si sposta nella posizione corretta)

3) IDRATAZIONE (Enoil-CoA-idratasi): Enoil-CoA β-idrossi-acil-CoA | OH-Cβ

4) REDOX (Idrossi-acil-CoA-deidrogenasi): β-idrossi-acil-CoA β-cheto-acil-CoA |+NADH COOH-Cβe

5) ROTTURA LEGAME (Tiolasi): β-cheto-acil-CoA Acetil-CoA + Acil-CoA

(Krebs) (-2C) |-CoA-SH rompe il legame tra C e C CoA-SH leg