Riassunto esame Chimica organica, Prof. Peddio Stefania, libro consigliato Biochimica , Lehninger

(PLP).

fegato, che utilizza il coenzima Piridossal fosfato

Il PLP è legato alla transamminasi, perciò l’amminoacido si lega direttamente ad esso

formando un nuovo complesso detto piridossamina-fosfato, che cede il gruppo

amminico -NH2 al PLP e libera la restante parte sotto forma di alfa-chetoacido. A

questo punto la piridossamina-fosfato cede il gruppo amminico -NH2 ad alfa-

chetoglutarato, che diventa glutammmato.

Lo scopo di questa reazione è raccogliere il gruppo -NH2 su un unico composto, il

glutammato, per trasferirlo ad altre vie biosintetiche.

Deamminazione ossidativa:



Il glutammato viene trasportato da citosol a mitocondrio, dove viene sottoposto alla

L-glutammato-deidrogenasi,

deamminazione ossidativa catalizzata dalla con

trasformazione del gruppo amminico -NH2 in ione ammonio -NH4 ed elettroni ceduti a

NAD+. La glutammina arriva al fegato da muscoli e tessuti, fino a giungere nel

mitocondrio, dove viene riconvertita in glutammato con liberazione dello ione

ammonio. Esso viene trasportato e utilizzato nelle reazioni biosintetiche sotto forma di

glutammina, che si forma da glutammato ad opera della glutammina-sintetasi.

Nel muscolo:

L’alanina trasporta ammoniaca in circolo tramite ciclo glucosio-alanina. Il muscolo

in contrazione necessita glucosio, facendo avvenire glicolisi e formazione del piruvato.

In contrazione si formano amminoacidi che devono liberarsi del gruppo -NH2, tramite

deamminazione ossidativa. L’amminoacido cede il gruppo -NH2 al glutammato, che

nel muscolo cede -NH2 al piruvato, rigenerando alfa-chetoglurato e formando alanina.

Essa si immette nel flusso ematico per arrivare al fegato, dove cede -NH2 ad alfa-

chetoglutarato per formare piruvato e glutammato. Il glutammato trasporta -NH2 per

eliminare lo ione ammonio che entra nel ciclo dell’urea, mentre il piruvato entra nella

via metabolica della gluconeogenesi per produrre glucosio, rinviato al muscolo in

attività. glutammato]

[L’unico amminoacido che può perdere il gruppo amminico è il

Il gruppo -NH2 può essere utilizzato in reazioni di biosintesi, o eliminato sotto forma di

ione ammonio. L’eliminazione del gruppo -NH2 dipende dalla quantità di acqua a

disposizione dell’organismo. Distinguiamo 3 tipi di organismi in base a come utilizzano

lo ione ammonio:

Ammoniotelici: Hanno grande disponibilità d’acqua, per cui producono

 ammoniaca NH3 e la diluiscono.

Ureotelici: Come l’uomo, hanno modesta disponibilità d’acqua, per cui

 producono urea mediante ciclo dell’urea.

Uricotelici: Hanno scarsa disponibilità d’acqua, per cui producono acido urico.



Il ciclo dell’urea inizia nel mitocondrio, con alcune tappe nel citosol. Lo ione

ammonio -NH4+, grazie ad una molecola di CO2, viene trasformato in carbonil-fosfato.

Questo ciclo porta alla formazione di urea, eliminata grazie all’attività dei reni sotto

forma di urina, spendendo 4 molecole di ATP. Durante il ciclo dell’urea viene prodotto

fumarato, che entrerà nel ciclo di Krebs per la resa energetica.

I 20 amminoacidi contenuti nelle proteine hanno scheletri carboniosi diversi, ma

convergono tutti alla formazione di prodotti in grado di entrare nel ciclo di Krebs.

Questi atomi di carbonio possono essere utilizzati per gluconeogenesi, chetogenesi o

essere ossidati a CO2 e H2O nel ciclo di Krebs.

Gli amminoacidi ramificati (BCAA) sono leucina, isoleucina e valina. Essi non

vengono degradati nel fegato, per essere utilizzati come fonte energetica in muscolo e

amminotransferasi

tessuti, grazie all’enzima assente nel fegato.

[Alcuni amminoacidi sono precursori di importanti molecole biologiche. Il

glutammato subisce decarbossilazione (perdita di una molecola di CO2), formando

acido gamma-amminobutirrico, uno dei principali neurotrasmettitori inibitori del nostro

SNC. L’istidina subisce un processo di decarbossilazione che forma istamina, composto

azotato coinvolto nei meccanismi digestivi]

La biosintesi degli amminoacidi è complessa, ma il loro scheletro carbonioso deriva

da intermedi della glicolisi, via del pentoso fosfato o ciclo di Krebs. Un esempio è il

piruvato, che può formare gli scheletri carboniosi di alanina, valina, leucina e

isoleucina. Nel ciclo di Krebs l’alfa-chetoglutarato formerà glutammato, l’ossalacetato

formerà asparato. Per l’uomo, la fonte principale di gruppi amminici deriva dalla dieta.

La respirazione cellulare comprende processi con consumo di ossigeno e rilascio

di CO2, per ricavare ATP. Possiamo suddividerla in:

Ossidazione delle macromolecole, in cui esse vengono ossidate per

 formare frammenti a 2 atomi di carbonio, usati per la formazione di Acetil-

CoA.

Decarbossilazione del piruvato e ingresso di Acetil-CoA nel ciclo di

 Krebs, dove verrà ossidato per produrre CO2, NAD e FAD ridotti.

Fosforilazione ossidativa



La molecola principale degradata nella respirazione cellulare è il glucosio, poiché

produce maggiore energia. La 1° fase della respirazione cellulare, glicolisi, porta

alla formazione di 2 molecole di piruvato ed è un processo ossigeno-indipendente;

successivamente, il piruvato viene decarbossilato ad Acetil-CoA, per entrare nel

ciclo di Krebs e formare ATP, NAD ridotto e FAD ridotto, che trasporteranno gli

elettroni alla catena di trasporto. La respirazione cellulare, nel suo complesso, si è

evoluta successivamente poiché necessita ossigeno, in quanto accettore finale

degli elettroni. Le fasi della respirazione cellulare avvengono in citosol (glicolisi) e

mitocondrio (ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa).

Ingresso del piruvato nel mitocondrio:

Il piruvato viene prodotto dalla glicolisi nel citosol, da cui si trasferisce superando

la membrana esterna mitocondriale grazie ad una proteina, per attraversare la

trasportatore specifico MPC.

membrana interna mitocondriale grazie al

Decarbossilazione del piruvato:

Il piruvato viene trasformato in Acetil-CoA tramite decarbossilazione ossidativa,

tiammina-

catalizzata dal complesso della piruvato-deidrogenasi, formato da

pirofosfato lipoato FAD

(legata alla subunità 1), (legato alla subunità 2) e (legato

3 subunità:

alla subunità 3). Il complesso è formato da piruvato-deidrogenasi (1),

idrolipoil-trans-acetilasi (2) e deidrolipoil-deidrogenasi (3).

Ciclo di Krebs (formato da 8 reazioni):

condensazione di Claisen,

Reazione 1: Avviene la tra 1 molecola di Acetil-CoA e

citrato-sintasi.

ossalacetato per formare citrato; è catalizzata da

Abbiamo il carbonio del gruppo metilico e del gruppo acetilico che si legherà al

gruppo carbonilico dell’ossalacetato: si forma un intermedio detto citril-CoA, subito

idrolizzato per formare CoA e citrato, con CoA che partecipa ad un'altra

decarbossilazione ossidativa di un altro piruvato.

deidratazione

Reazione 2: Il citrato subisce diventando cis-aconitato, per poi

idratazione conitasi.

subire una e diventare iso-citrato; è catalizzata da

decarbossilazione ossidativa

Reazione 3: Iso-citrato subisce che forma alpha-

iso-citrato-deidrogenasi

chetoglutarato e 1 molecola di CO2; è catalizzata da (in 2

forme, che richiedono NAD e NADP). decarbossilazione ossidativa,

Reazione 4: Alpha-chetoglutarato subisce una

formando succinil-CoA e 1 molecola di CO2, con riduzione del NAD; è catalizzata

complesso dell’alpha-chetoglutarato-deidrogenasi.

da fosforilazione a livello del substrato,

Reazione 5: Il succinil-CoA subisce una

ottenendo ATP/GTP dalla rottura del legame tioestere (energia utilizzata per la

cessione del gruppo fosfato ad ADP/GDP) e diventando succinato; è catalizzata da

succinil-CoA-sintetasi. ossidazione,

Reazione 6: Il succinato subisce che lo trasforma in fumarato, con

succinato-deidrogenasi.

riduzione del FAD a FADH2; è catalizzata da

idratazione

Reazione 7: Il fumarato subisce diventando malato; è catalizzata da

fumarasi. ossidazione

Reazione 8: Il malato subisce diventando ossalacetato, con riduzione

malato-deidrogenasi.

del NAD a NADH+H+; è catalizzata da

Resa energetica del ciclo di Krebs:

Abbiamo investito:

1 molecola di Acetil-CoA

3 molecole di NAD ossidato

1 molecola di FAD

1 molecola di ADP/GDP

1 fosfato inorganico

Abbiamo guadagnato:

1 CoA

3 molecole di NAD ridotto

1 molecola di FAD ridotto

1 molecola di ATP/GTP

2 molecole di CO2

La via metabolica del ciclo di Krebs è detta via anfibolica, poiché è coinvolta in

ossidazione ma produce intermedi utili ad altre vie metaboliche (citrato, alpha-

chetoglutarato, ossalacetato, succinil-CoA). Si verificano così reazioni

anaplerotiche che sostituiscono gli intermedi ceduti, come:

Conversione di piruvato in ossalacetato, punto di controllo di questo ciclo, che

avviene grazie ad 1 molecola di CO2 derivata dallo ione bicarbonato, consumo di

ATP ed enzima piruvato-carbossilasi, enzima regolatore che agisce solo in presenza

di Acetil-CoA che dopo la conversione, viene consumata.

Conversione di piruvato in malato, una reazione reversibile catalizzata da

enzima malico che agisce in base alle sue necessità: se serve NADPH per la sintesi

degli acidi grassi, verrà trasformato il malato in piruvato; se va rifornito il ciclo di

Krebs, viene convertito il piruvato in malato.

La regolazione del ciclo di Krebs avviene tramite molecole o ioni che spengono

o attivano questa via metabolica. Il complesso della piruvato-deidrogenasi è inibito

allostericamente, ossia non funziona quando vi è molta ATP, NAD ridotto e Acetil-

CoA, in quanto ha uno stato energetico abbastanza elevato, per cui non

trasformerà il piruvato in Acetil-CoA. Quando i livelli di queste molecole

diminuiscono, la piruvato-deidrogenasi viene attivata, ottenendo la conversione di

piruvato in Acetil-CoA per iniziare un nuovo ciclo di Krebs. La presenza di ATP porta

fosforilazione

ad una di una subunità della piruvato-deidrogenasi, facendola

diventare inattiva.

La fosforilazione ossidativa rappresenta una sede di convergenza dei processi

di degradazione ossidativa delle macromolecole. E’ la tappa finale della

respirazione cellulare, situata nella membrana interna del mitocondrio grazie a dei

complessi proteici che permettono la sintesi di ATP. Essa è composta da 2

fenomeni associati:

I coenzimi NAD e FAD ridotti trasportano i loro elettroni alla catena di trasporto

degli elettroni e all’ossigeno molecolare; questa catena è rappresentata da

complessi proteici situati nella membrana mitocondriale interna. Di questi

complessi, 3 sono ossidoredutasi, che trasferiscono protoni dalla matrice allo

spazio intermembrana creando un gradiente protonico.

Il gradiente protonico viene sfrutta