2.Metabolismo energetico

MECCANISMO DI DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA

E1 α-Chetoglutarato deidrogenasi: redox

= vi è legata la TPP e promuove una del substrato: l'α-

chetoglutarato entra nel sito attivo di questa subunità, dove viene decarbossilato (perde CO2), mentre il

gruppo cheto viene ridotto ad OH => si ottiene un idrossibutirrile, che si lega al C reattivo del TPP

(quello dell'anello tiazolico).

E2 Diidrolipoil transacilasi:

= vi è legato il lipoato nella forma ox e promuove il trasferimento del

➝

gruppo acilico il butirrile passa nel sito attivo di questa subunità, dove l'enzima trasferisce

l'idrossibutirrile sullo S del lipoato ox => riduzione del ponte S-S con liberazione di 2 SH, di cui uno va a

➝ C attivato

legarsi con un legame estereo al C carbossilico del butirrato: OH si ox a C=O atomo di a

cui si lega il CoA => formazione di succinil-CoA e liberazione di lipoato ridotto, che deve essere ri-ox

per poter riutilizzare l'enzima

⇓

E3 Diidrolipoil deidrogenasi: redox

= promuove una e vi è strettamente legato, come gruppo

prostetico, il FAD, che si riduce a FADH2 per ri-ox illipoato ridotto. Dato che il FAD è strettamente legato

al complesso enzimatico (E3) , non può essere ri-ox a sua volta nella catena respiratoria, ma viene ri-ox

grazie al NAD+, che si riduce a NADH; questo può invece legarsi e dissociarsi alla subunità E3 e andare

quindi a ri-ox a livello della catena respiratoria.

5. CONVERSIONE DEL SUCCINIL-CoA a SUCCINATO

↦ Il succinil-CoA libera il CoA convertendosi in

succinato.

Viene scisso un legame ad alto contenuto energetico: l'E

viene immagazzinata nel GTP e non liberata!

=> GDP + Pi –––▸ GTP

FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO

È una

= formazione di ato senza l'intervento della catena

respiratoria => può avvenire anche in assenza di O2

perchè è il substrato, e non l'O2, a fornire E.

↦ Reazione reversibile

↦ Le cellule animali hanno due isozimi, uno specifico per ADP e un altro per GDP. Il GTP formato può

nucleoside difosfato

donare il gruppo Pi ad ADP mediante una reazione reversibile catalizzata dalla

chinasi: GTP + ATP –––▸ GDP + ATP ΔG’° = 0 kJ/mole

Il risultato netto dell’attività di entrambi gli isozimi della succinil-CoA sintetasi è la conservazione di

energia sotto forma di ATP. succinil-CoA sintetasi:

MECCANISMO D'AZIONE DELLA

L'energia proveniente dal legame tioestere viene utilizzata per

fosforilare il nucleoside difosfato purinico GDP: il P che deve essere

legato al GDP ler formare GTP è però inorganico => deve essere

attivato: l'enzima ha nel suo sito attivo un residuo di istidina che può

legare il P inorganico, che si lega spiazzando il CoA => si forma un

fosfo-anidridico,

legame ad alto contenuto emergetico, E che può

essere utilizzata per trasferire il al GDP.

6. OSSIDAZIONE del SUCCINATO a FUMARATO

↦ Il succinato viene ox con rimozione di 2H e 2e- che

vengono ceduti al FAD FADH2.

⇀

↦ Reazione reversibile

↦ succinato deidrogenasi

NB: la è una flavoproteina che, a differenza di tutti gli altri enzimi del ciclo

TCA, è inserita nella membrana mitocondriale interna! Rappresenta il COMPLESSO 2 della catena

respiratoria => il FADH2 che si forma non necessita NAD+ per ri-ox e cede H+ al CoQ, a cui si trova in

prossimità. malonato,

L’enzima è inibito competitivamente dal che ha struttura chimica simile, mentre

fisiologicamente è inibito a feed-back dall’ossalacetato,

che si trova più a valle nel ciclo ed impedisce quindi un

accumulo di fumarato.

7. L-MALATO

IDRATAZIONE del FUMARATO ad

↦ È una reazione che avviene in 2 step, ad opera

fumarasi

della => si forma un intermedio

carbanionico. stereospecifico:

NB: È un enzima altamente la struttura del

sito catalitico dell’enzima è tale da non poter utilizzare come

substrato il maleato, isomero geometrico del fumarato (ha il

doppio legame in cis invece che in trans come il fumarato), e da

produrre esclusivamente come prodotto di idratazione il malato

in configurazione L (e non D).

Questo perchè l'enzima dello step successivo è in grado di utilizzare solo il malato in conf L.

8. OSSIDAZIONE dell'L-MALATO ad OSSALACETATO

↦ malato deidrogenasi

Anche la ha un sito catalitico

stereospecifico:

altamente può deidrogenare solo malato in

➝

configurazione L l'OH del malato viene ossidato a gruppo

cheto (C=O), riformando l'ossalacetato => il ciclo riparte con

la condensazione dell'ossalacetato ottenuto con un’altra

molecola di Acetil-CoA e formazione di citrato ...

↦ reazione reversibile.

È una redox che può procedere in entrambi i sensi:

BILANCIO e RESA ENERGETICA DEL CICLO DI KREBS

Il ciclo ha come la funzione di produrre E => sommando tutti i ΔG si ottiene un ΔG’°complessivo del

ciclo è irreversibile

ciclo = -47,8 kJ/mol => la variazione di E libera mostra che di per sè il nonostamte

ci siano numerose tappe reversibili! 3 NADH 3 x 2,5 mol ATP

⇀

1 FADH2 1 x 1,5 mol ATP

⇀

1 GTP 1 mol ATP

⇀

Totale 10 mol ATP

⇀

NADH e FADH2 possono produrre ATP nella

catena respiratoria ri-ossidandosi. In condizioni

fisiologiche il ΔG di idrolisi del legamead alta E

dell'ATP è ~ 50 kJ/mol => ~ 500 kJ

In una bomba calorimetrica l’energia misurabile

per ossidazione completa di 1 mole di Acetil-

CoA a CO2 e H2O è pari a ~ 950 kJoule.

Dato che in questo caso si sviluppano 500 kJ,

resa ~ 53 %;

la è 500kJ/950 kJ x 100 = tutto il

resto dell'E è dissipata sottoforma di calore.

Per effettuare il ciclo è necessaria disponibilità

di acetilCoA e ossalacetato, in quanto servono

a dare citrato.

REGOLAZIONE DEL CICLO DEGLI ACIDI TRICARBOSSILICI

Alcuni enzimi sn sottoposti a regolazione allosterica, ma il ciclo è prevalentemente regolato a livello

delle reazioni termodinamicamente sfavorite (=> irreversibili).

La regolazione del ciclo, che avviene solo in condizioni di aerobiosi (disponibilità di O2), si regola

principalmente a livello delle tre tappe irreversibili (tappe esoergoniche).

isocitrato deidrogenasi.

Di queste 3 la più importante è quella che regola la tappa limitante =

Grafici dell'isocitrato deidrogenasi:

C. all'aumentare dell'attivita del NADH, la velocità dell'enzima diminuisce

B. funzione del ciclo = produrre E => elevati livelli di ADP significano carenza di E => aumentando la

conc di ADP, questo funziona da attivatore dell'enzima, la cui velocità quondi aumenta.

A. Curva 1: senza ADP —> andamento sigmoidale => l'enzima è allosterico perchè letica ha un

andamento sigmoidale ADP = effettore allosterico

Curva 2: con ADP in conc fisiologiche —> curva si sposta a sx =>

positivo => attivatore dell'enzima (la Km diminuisce da 0.5 a 0.1)

Se elevati livelli di ADP attivano => elevati livelli di ATP inibiscono.

NB: succinil CoA fa inibizione da substrato sull'α-chetoglutarato, e feedback in avanti sulla citrato

sintasi.

Il NADH ha attività inibitoria anche sull'α-cheto-deidrogenasi. I suoi livelli fungono da regolatori

• anche sulla malato-deidrogenasi: se è elevato, va ad inibire l'enzima causando un accumulo di

malato, che non resta nel mitocondrio, ma esce dal citoplasma e può andare a prendere altre vie

metaboliche. sintasi,

ADP e ATP sn anche attivatori e inibitori dell'isocitrato su cui ha influenza anche la conc di

• citrato.

Anche il Ca influisce sugli enzimi, soprattutto nel muscolo per la connessione con la contrazione.

•

La regolazione si attua attraverso tre meccanismi e deve contribuire a commisurare oculatamente la

produzione di ATP alla effettiva richiesta da parte della cellula:

⇝

potenziale energetico

1. Il flusso metabolico nel ciclo dipende fondamentalmente dai rapporti

NADH/NAD+, ATP/ADP, acetil-CoA/CoASH, succinil-CoA/CoASH. Valori elevati di questi rapporti,

espressione di disponibilità energetica, rallenta il ciclo; valori bassi, indice di richiesta energetica,

accelera il ciclo. ⇝

accesso dei metaboliti nella matrice mitocondriale

2. Il flusso metabolico nel ciclo che si svolge

nel compartimento mitocondriale è innanzitutto regolato dall’accesso dei metaboliti precursori

dell’acetil-CoA (L'acetil CoA che si forma nel mitocondrio deriva da: piruvato, acidi grassi, alcuni

aminoacidi, metaboliti che richiedono dei trasportatori localizzati sulla membrana mitocondriale

interna). L’accesso è mediato da sistemi di trasporto più o meno specifici localizzati nella membrana

mitocondriale interna modulati in modo tale da non avere accumulo di questi precursori nella

matrice =>la disponibilità di Acetil CoA dipende anche da queste proteine trasportatrici.

⇝

disponibilità degli intermedi

3. Alcuni intermedi possono essere distolti dal ciclo per essere

anabolico del ciclo"

utilizzati in reazioni collaterali —> "ruolo (es del malato che esce). La velocità

del ciclo dipende quindi dalle richieste energetiche della cellula.

RUOLO DELL'ACIDO CITRICO NELL'ANABOLISMO

Il ciclo TCA è fondamentalmente un

“processo catabolico produttore di

energia”. Tuttavia, alcuni intermedi

possono essere dirottati per assolvere

“funzioni anaboliche”. Pertanto, il

CICLO

ciclo TCA è un “

ANFIBOLICO” ossia capace di

produrre energia ma anche di formare

intermedi che possono essere

utilizzati per la sintesi di glucidi, lipidi,

proteine e altri composti azotati.

cataboliche

=> Ha funzioni finalizzate

anaboliche

alla produzione di E; e

finalizzate alla sintesi di composti

metabolici che servono alla cellula.

Ossalacetato può essere prodotto da varie PRINCIPALI REAZIONI ANAPLEROTICHE (di riempimento) del

reazioni: CICLO TCA: provfedono, utilizzando altri substrati, a riformare

2) PEP = fosfo enol piruvato, può essere quegli intermedi che sn deficitari nel ciclo.

carbossilato e trasformato in

ossalacetato

3) ad opera dell'enzima malico, che

richiede un coenzima ridotto = NADPH,

che viene ox a NADP+ per trasformare il

piruvato in malato. Questo enzima si

trova nel citoplasma => la conversione

pir-mal avviene nel citoplasma e poi il

malato entra nel mitocondrio per entrare

nel ciclo.

4) a partire dall'aspartato (anche gli aa

possono produrre gli i