Riassunto esame Biologia, Prof. Mercuri Fulvio, libro consigliato I principi di biochimica di Lehninger, Albert Lester Lehninger, David L. Nelson e Michael M. Cox

(HS)

gruppo sulfidrilico del coenzima A, formando un acil-CoA. Gli acil-CoA formati sul lato citosolico della membrana

grasso e il mitocondrio per essere ossidati o utilizzati nel citosol per sintetizzare i lipidi di

mitocondriale possono essere trasportati nel

membrana.

acidi grassi destinati all’ossidazione nei mitocondri sono legati al gruppo ossidrilico della carnitina, formando acil-carnitina, che

Gli (acil 1)

opera di un trasportatore di membrana presente sulla membrana mitocondriale esterna carnitina transferasi di tipo viene

ad (la

trasportata nel mitocondrio. Dopo che entra nel mitocondrio la carnitina viene liberata carnitina passa dalla matrice allo spazio

2

carnitina transferasi di tipo riporta indietro al carnitina liberando l’acil coenzima A nel

intermembrana). Dopodiché l’acil

mitocondrio.

L’ingresso degli acidi grassi nei mitocondri in breve: dopo la sua formazione sulla membrana mitocondriale esterna o nello

spazio intermembrana,l’acil-carnitina passa nella matrice mediante trasporto osssivo attraverso la membrana interna. Nella

gruppo acilico viene trasferito al coenzima A liberando la carnitina, che ritorna nello spazio e intermembrana attravero lo

matrice il

stesso trasportatore.

Nel mitocondrio comincia ad avvenire il catabolismo degli acidi grassi: l’acil coenzima A va incontro a una serie di ossidoriduzioni,

formazione di una serie di molecole che possono essere usate nella formazione di energia.

che portano alla carbonio β viene ossidato fino a rompere il legame tra C-3

Questo meccanismo si chiama β-ossidazione: si chiama così perché il

e C-2.

Ossidazione degli acidi grassi

L’ossidazione mitocondriale degli acidi grassi ha luogo in tre fasi:

1. (bicarboniose)

La β ossidazione dove gli acidi grassi vanno incontro alla rimozione ossidativa di unità carboniose sotto forma di

(16

acetil-CoA, iniziando dall’estremità carbossiterminale della catena dell’acido grasso. L’acido oleico carboni) per esempio verrà

(il

due carboni, producendo così otto molecole di acetil-CoA destino di quest’ultimo sarà entrare nel ciclo di

“tagliato” a gruppi di

ogni tappa della β ossidazione, composta da quattro reazioni, viene staccata l’estremità carbossilica dell’acido grasso.

Krebs). In (localizzato

2. seconda fase l’unità acetilica dell’acetil-CoA viene ossidato CO2 nel ciclo dell’acido citrico nei mitocondri).

Nella

[Le prime due fasi riducono i trasportatori di elettroni NAD+ e FAD a NADH e FADH2, nella terza fase questi coenzimi donano alla

mitocondri gli elettroni che hanno ricevuto].

catena respiratoria dei

3. terza fase corrisponde alla catena respiratoria: gli elettroni che derivano dalle ossidazioni delle fasi precedenti sono trasferiti

La

all’ossigeno tramite la catena respiratoria, formando l’energia necessaria alla sintesi di ATP attraverso la fosforilazione ossidativa.

β ossidazione: i passaggi

Nella prima fase dell’ossidazione degli acidi grassi sono coinvolte quattro reazioni enzimatiche.

1. è legato al coenzima A; il carbonio β ad opera di una deidrogenasi viene ossidato e viene ridotto

L’acido grasso a catena lunga 2 3.

coenzima, si forma un doppio legame tra carbonio e

un

2. carbonio β a sua volta viene idratato, questo gruppo ossidrilico ad opera di un altra deidrogenasi viene ossidato e si forma un

Il

gruppo chetonico.

3. un altro enzima il doppio legame tra il c2 è il c3 viene rotto: va incontro ad una deidrogenazione.

Ad opera di (accorciato

4. molecola di coenzima A si lega alla nuova molecola più piccola formando di nuovo acil CoA

Nell’ultima reazione una

due atomi di carbonio). L’ultima reazione provoca il distacco di due atomi di carbonio sotto forma di acetil-CoA dalla regione

di

carbossiterminale dell’acido grasso originale.

Bilancio

Alla fine abbiamo la produzione di acetil-CoA e di un acil coA che è più piccolo di due atomi di carbonio rispetto all’inizio. Alla

fine da un acido grasso a catena lunga, otteniamo l’acido grasso più piccolo, ovvero l’acetil coA.

Attraverso la sequenza di reazioni della β ossidazione vengono rimosse dalla catene dell’acil CoA due coppie di elettroni, quattro

protoni H+ e una molecola di acetil CoA. Quest’ultimo poi può esseeee ossidato a CO2 e H2O nel ciclo dell’acido citrico.

Se l’acido grasso insaturo ha un doppio legame nello stesso punto in cui lo forma la β ossidazione viene usato quello, ma se il

doppio legame è in un’altra posizione non utilizzabile, l’acido grasso deve essere convertito, quindi andare incontro ad altre due

reazioni.

Quando gli acidi grassi hanno numero dispari di atomi di carbonio ad un certo punto, durante la β ossidazione arriviamo alla

formazione di una molecola con cinque atomi di carbonio che viene poi scissa in due frammenti: uno con due atomi di carbonio,

proprionil Co-A. Quest’ultimo in determinate condizioni può essere trasformato in

l’acetil CoA, e uno con tre atomi di carbonio, il

succinil CoA. Altri acidi grassi che sono dispari o non possono essere usati nella β ossidazione portano alla formazione di corpi

chetonici.

Per quando riguarda gli amminoacidi:

1. Gli amminoacidi devono essere deaminati: il gruppo amminico degli amminoacidi deve essere transaminato per produrre urea.

2. Alcuni amminoacidi producono direttamente acetil CoA, altri producono molecole che intervengono nel ciclo di Krebs.

Ogni macromolecola produce acetil-coA: gli acidi grassi per opera della β ossidazione, amminoacidi per produzione diretta.

Se L’acetil coA si accumula può produrre corpi chetonici.

Corpi chetonici

Negli esseri umani, come nella maggior parte dei mammiferi, l’acetil CoA formato nel fegato durante l’ossidazione degli acidi

grassi può entrare nel ciclo dell’acido citrico oppure può essere trasformato in corpi chetonici che saranno esportati agli altri

: solubili nel sangue e nelle urine. L’acetone viene eliminato

tessuti acetone, acetoacetato e β-idrossibutirrato. I composti sono

con la respirazione; l’acetoacetato e il β-idrossibutirrato sono trasportati dal sangue ai tessuti extraepatici, dove sono ossidati nel

ciclo dell’acido citrico per soddisfare la richiesta energetica di tessuti come il muscolo scheletrico, il cuore e la corteccia renale.

sovrapproduzione di corpi chetonici, che generano alcuni problemi medici.

Il digiuno prolungato e il diabete portano alla

Durante il digiuno, la gluconeogenesi sottrai intermedi al ciclo dell’acido citrico, indirizzando l’acetil-CoA verso la produzione dei

corpi chetonici. Nel diabete, l’insulina è presente in quantità insufficienti e i tessuti extraepatici non possono assumere il glucosio

acidi grassi entrano nei

del sangue per usarlo come combustibile. In queste condizioni la carnitina non viene inibita, gli

mitocondri e sono degradati ad acetil-CoA, che però non può essere ossidato, in quanto il ciclo dell’acido citrico procede

lentamente. L’accumulo di acetil-CoA induce una produzione dei corpi chetonici in quantità superiori alle capacità degli

organi extraepatici di ossidarli. L’aumento dei corpi chetonici abbassa il pH del sangue, generando una condizione nota come

acidosi. Questa condizione viene detta chetosi, o quando combinata con l’acidosi, chetoacidosi.

19:

Capitolo fosforilazione ossidativa

Sulla membrana interna dei mitocondri si sono mantenute una serie di reazioni funzionali

all’ossidazione dei coenzimi ridotti che possono continuare ad essere utilizzati per smaltire i

prodotto dannosi.

La fosforilazione ossidativa costituisce il principale processo di sintesi dell’ATP per gli organismi

non fotosintetici. Negli eucarioti la fosforilazione ossidativa avviene nei mitocondri, coinvolgendo

grandi complessi proteici inseriti nelle membrane mitocondriali interne.

catena di trasporto degli elettroni e la pompa protonica.

Comprende due distinti meccanismi: la

I mitocondri, che hanno quasi “vita indipendente” rispetto alla cellula, hanno due membrane:

1. esterna è molto permeabile a piccole molecole e a ioni che si muovono liberamente nei

Quella

canali transmembrana.

2. interna è impermeabile a piccole molecole e a quasi tutti gli ioni, compresi i protoni.

Quella

Questa parte contiene i trasportatori di elettroni della catena respiratoria, le ADP-ATP traslocasi,

.

l’ATP sintasi e altri trasportatori di membrana

È presente anche uno spazio intermembrana in equilibrio sia con la matrice che con il citoplasma.

(che

Nelle membrane mitocondriali interne troviamo una serie di grossi complessi proteici sono strutture quaternarie).

1: (e

Complesso complesso proteico a cui il NADH+H+ cede elettroni e protoni, ossidandosi quindi a NAD+ ritornando per esempio

al ciclo di Krebs). 2 (succinico

complesso deidrogenasi, uno degli enzimi del ciclo di Krebs).

Invece il FAD cede solo elettroni al

1 2

Gli elettroni ceduti al complesso e quelli ceduti al complesso fluiscono nei vari complessi proteici fino ad arrivare ad una

(-one

(Q) ubichinone o coenzima Q è il suffisso dei chetoni) che ha due gruppi chetonici, ed è in grado di

molecola che si chiama (quando

accettare due elettroni e si riduce, diventando ubichinolo un chetone si riduce si forma un alcol).

L’ubichinone è una molecola fortemente idrofobica perciò si trova nella parte lipidica della membrana mitocondriale interna e può

agire da ponte tra trasportatori di elettroni presenti nelle membrana. terzo complesso proteico o catena dei

L’ubichinolo e l’ubichinone si muovono nelle membrane fluide e vanno incontro al

(si 3

citocromi trova nella membrana mitocondriale interna). L’ubichinolo quando incontra il complesso proteico cede i propri

(si

citocromo C trova

elettroni, che attraversano tutto il complesso proteico, fino ad arrivare ad una piccola proteina che si chiama

sul versante dello spazio intermembrana della matrice mitocondriale interno). Il citocromo C è una emoproteina, cioè contiene

(come

eme, che non lega ossigeno l’emoglobina) ma accetta elettroni, quindi si riduce. 4 (che

complesso si chiama

Quando il citocromo C è ridotto, si stacca dal complesso proteico e rotola fino ad incontrare il

4

citocromo C ossidasi). Il citocromo C ridotto quando incontra il complesso si ossida, cioè cede elettroni, dopodiché va di nuovo

3.

nel complesso

4

Il complesso utilizza: gli elettroni che provengono dal citocromo C, ossigeno molecolare e i protoni per formare acqua metabolica

(acqua formata dal metabolismo ossidativo). L’ossigeno molecolare serve come ultimo accettare degli elettroni nella catena

di trasporto degli elet