Fosforilazione ossidativa

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

Ho ossidato la molecola di glucosio. Ora si passa alla fosforilazione ossidativa. Abbiamo visto la catabolizzazione del glucosio, si liberano molecole di NADH e FADH2. Anche acidi grassi e amminoacidi possono dare piruvato o eventualmente direttamente acetil coenzima A o intermedi. Le molecole ridotte vanno alla fosforilazione ossidate e qui trasportano gli elettroni all'ossigeno, viene ridotto a molecola di acqua, loro da ridotte vengono riossidate e possono di nuovo essere usate nei processi metabolici e per la sintesi di ATP. È un processo accoppiato di:

1. Catena respiratoria, trasporto di elettroni ceduti da NADH e FADH2 ai complessi fino ad arrivare all'accettore finale che è l'ossigeno.
2. Grazie all'enzima ATP-sintasi, sintesi di ATP.

Avviene nel mitocondrio ad opera di complessi proteici che si trovano nella membrana interna.

CATENA RESPIRATORIA

Prevede dei fornitori di elettroni che sono molecole di NADH e FADH2, questi

passano attraverso 4 complessi proteici e per essere trasportati queste proteine contengono dei centri per lo zolfo, dei coenzimi flavinici, dei gruppi EME e dei gruppi ferro-rame.

I complessi sono fissi, ancorati alla membrana interna e ci sono due trasportatori mobili di elettroni che sono il citocromo C e l'ubichinone.

Di fianco, ione idruro, e-, atomi di idrogeno rappresentano dove gli elettroni vengono trasportati, sotto le varie forme.

L'accettore finale è l'ossigeno.

Infine l'ATP-sintasi.

Affinché si possa avere la sintesi di ATP non è soltanto necessario il trasferimento di elettroni ma anche di protoni.

Questi si muovono in direzioni diverse.

Se non ci fosse il movimento dei protoni non si potrebbe sintetizzare ATP.

I quattro complessi proteici oltre a trasportare gli elettroni si comportano anche come pompe protoniche: mano a mano che trasportano elettroni da un complesso all'altro, alcuni pompano protoni dalla matrice del mitocondrio allo

spazio inter membrana. Pompando protoni al di fuori, viene a crearsi una differenza di potenziale elettrochimico rappresenta la forza necessaria per la sintesi di ATP. I complessi 1, 3 e 4 svolgono questo compito di pompe protoniche verso lo spazio intermembrana. Sono carichi positivamente e si viene a creare una differenza di potenziale elettrochimico. Rappresenta la forza necessaria per far funzionare in qualche modo l'ATP-sintasi che forma ATP. Le due membrane sono dei doppi strati fosfolipidici. I complessi sono posizionati a livello della membrana interna. L'ATP sintasi ha una parte nella membrana interna e una nella matrice. Gli elettroni che arrivano attraverso le molecole di NADH e FADH2, alcuni sono già all'interno poiché derivano dal ciclo di Krebs che avviene nella matrice mitocondriale, però abbiamo visto che anche dalla glicolisi si producono NADH e questa avviene nel citosol. Perciò gli elettroni possono già trovarsi nel mitocondrio.

oppure possono arrivare dall'esterno e vengono ceduti ai complessi, alcuni al complesso 1 altri al complesso 2. Da questi complessi passano al complesso 3 attraverso un trasportatore mobile: l'ubichinone. Gli elettroni passano dal complesso 3 al 4 attraverso un altro trasportatore mobile che è il citocromo. Dall'ultimo complesso vanno all'ossigeno e l'ossigeno viene ridotto ad acqua. Gli elettroni arrivano sotto forma di NADH e FADH2 e si muovono lungo la direzione della membrana interna. Per la sintesi di ATP è però necessario anche il movimento dei protoni, non solo di elettroni per la catena respiratoria. I protoni si muovono dalla matrice allo spazio intermembrana. Sono pompati dai complessi 1, 3 e 4. Per ogni coppia di elettroni che si sposta, ci sarà il movimento di protoni verso lo spazio intermembrana. Quando gli H+ vengono spostati, si crea la differenza di potenziale elettrochimico ai lati della membrana. Elettro: i protoni sonocarichi. Chimico: sono H+ e cambia il pH. Questa differenza di potenziale rappresenta la forza necessaria affinché i protoni vengano reindirizzati nella matrice attraverso il canale dell'ATP-sintasi. Questa perciò lavora e produce ATP. Gli elettroni possono provenire: 1. Dal NADH: mitocondriale o citosolico elettroni al complesso 1 2. Acido succinico, trasportati da molecole FADH2 ancorate al complesso 2 3. Beta ossidazione degli acidi grassi Complesso 1 e 2 lavorano in parallelo, poi gli elettroni vanno al complesso 3, dipende da quale molecole si trovano gli elettroni. Da 1 e 2 all'ubichinone che si riduce a ubichinolo e cede gli elettroni al complesso 3 e torna ad essere ubichinone. Dal 3 al 4 passano attraverso il citocromo C che è mobile sul lato della membrana interna verso lo spazio inter membrana. Il complesso 3 cede gli elettroni al citocromo C e questo cede gli elettroni al 4. Quest'ultimo li cede all'ossigeno che diventa acqua.

trasportare gli elettroni, i complessi devono contenere o atomi di ferro che possono diventare Fe2+ o Fe3+ oppure ci sono in citocromi che hanno all'interno l'atomo di Fe che può essere ossidato o ridotto.

Il complesso 1, il 3 e il 4 sono quelli che traslocano protoni.

La forza necessaria per formare energia è la forza motrice protonica: potenziale chimico + potenziale elettrico. Fa si che i protoni H+ possano tornare nel mitocondrio passando unicamente attraverso il canale dell'ATP sintasi. Grazie a questo si ha la sintesi di ATP.

I complessi sono presenti numerose volte, per questo la membrana è a creste: per ospitare più complessi possibili.

QUINDI:

La fosforilazione ossidativa è il processo in cui gli elettroni che derivano dal metabolismo di carboidrati, grassi e amminoacidi arrivano alla catena respiratoria e infine all'ossigeno. L'ossigeno prende questi elettroni trasportati dal NADH e dal FADH2, si riduce ad acqua, si ha

Riossidazione dei prodotti e grazie a questo processo, a livello dell'ATP sintasi si produce ATP. Gli elettroni vengono portati dai coenzimi alla catena respiratoria. Processo accoppiato di:

1. Catena respiratoria: passaggio di elettroni da NADH e FADH2 a ossigeno.
2. Sintesi di ATP.

Non si assiste soltanto a movimento di elettroni ma anche di protoni. Il movimento di elettroni avviene nella membrana interna attraverso i complessi, quello di protoni avviene tra la matrice e lo spazio intermembrana del mitocondrio. Sono le pompe protoniche, i complessi, che li pompano nello spazio intermembrana. Ci sono 4 complessi che attraversano la membrana interna, spostano gli elettroni fino all'accettore finale che è l'ossigeno.

Elettroni dal NADH vengono ceduti al complesso 1, questi passano poi alla molecola Q che è l'ubichinone, si riduce a ubichinolo QH e gli elettroni passano al complesso 3. Da questo, attraverso il citocromo c passano al complesso 4 e infine...

All'ossigeno. Le molecole di NADH si muovono. Le molecole FADH2 sono strettamente legate a degli enzimi come ad esempio la succinato deidrogenasi del ciclo di Krebs che catalizza la trasformazione del succinato in fumarato e gli elettroni vengono ceduti al complesso 2. Li passa attraverso l'ubichinone ecc... Complesso 1 e 2 lavorano contemporaneamente. Contemporaneamente, il complesso 1, 3 e 4 si comportano come pompe protoniche: spostano H+ dalla matrice allo spazio inter membrana. Questi generano una differenza di pH (lo spazio inter diventa acido e la matrice basica) e una differenza elettrica (carica positiva nello spazio inter membrana e una negativa all'interno). Questo genera la FORZA MOTRICE PROTONICA: energia necessaria per la produzione di ATP. Poiché si crea questo gradiente protonico tra la matrice e lo spazio, questo deve essere dissipato in qualche modo. Gli H+ numerosi al di fuori, possono tornare nella matrice solamente attraverso il canale all'interno.

dell'ATP sintasi e non attraversando la membrana poiché sono carichi. La membrana è un doppio strato fosfolipidico e le molecole cariche difficilmente passano. Tutto ciò è NECESSARIO per la sintesi di ATP.

CONSIDERAZIONI:

Sono le uniche molecole mobili, sono trasportatori mobili. I complessi sono fissi. L'ubichinone è una molecola piccola ma è idrofobica: si muove bene all'interno della membrana. Il citocromo c invece si trova al di fuori della membrana, sulla superficie esterna della membrana interna.

L'ATP sintasi è formata da due parti:

F: parte che attraversa la membrana, dove passano gli H+

F0: si trova dentro alla matrice

1H+ pompati fuori dalla membrana dai complessi:

complesso 1: 4 H+

complesso 3: 4 H+

complesso 4: 2H+

il complesso 2 non ne pompa.

Per ogni coppia di elettroni che si muove dal NADH vengono pompati 10 H+. Per ogni coppia di elettroni trasportati dal FADH2 vengono pompati 6 H+. Le molecole di ATP si

Per ogni coppia di elettroni che si sposta dal NADH all'ossigeno, essendo 10 gli H+ aldi fuori, le molecole di ATP che vengono prodotte sono 2,5 (10/4).
Per ogni coppia di elettroni che si sposta dal FADH2 all'ossigeno, essendo 6 gli H+ al difuori, le molecole di ATP che vengono prodotte sono 1,5 (6/4).
Questo è importante per calcolare il bilancio energetico.

COMPLESSI DELLA CATENA RESPIRATORIA
Complesso 1: trasporta gli atomi dal NADH all'ubichinone e quindi si chiama NADH-ubichinone reduttasi
Complesso 2
Complesso 3
Complesso 4
Sono complessi molto grandi, costituiti da tante subunità e hanno un alto peso molecolare.
Posseggono una struttura proteica ma devono anche avere un qualcosa al loro interno che ne permetta il trasporto degli elettroni: gli atomi di ferro.
Questi sono presenti come:
- Centri ferro-zolfo
- Citocromo
Sono complessi enzimatici.B, EME C nel citocromo C, EME D nel citocromo D, ecc.