Appunti Biochimica 1

CATENA DI TRASPORTO DEGLI

ELETTRONI + FOSFORILAZIONE

OSSIDATIVA

CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI:

Dall’ossidazione degli zuccheri si ricavano/si liberano elettroni, che si accumulano con

NADNADH e FADFADH che poi vengono trasferiti alla catena di trasporto degli elettroni.

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Avviene nei mitocondri. (Mitocondrio = organello della cellula dove avviene la produzione di ATP).

In questa catena, è importante il ruolo dell’UBICHINONE (Q) che è una molecola idrofobica (cioè

non ha affinità con l’acqua). Si muove facilmente nel doppio strato fosfolipidico e accetta

facilmente elettroni. Accettando elettroni diventa semichinone radicale e successivamente

ubichi nolo(QH ).

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Il trasferimento degli elettroni è realizzato da 4 complessi ognuno con subunità. In più si

aggiunge un quinto complesso che è quello dell’ATP sintasi, utile alla creazione di ATP nel

processo di fosforilazione ossidativa.

1) COMPLESSO (NADH deidrogenasi / ubichi none ossidoreduttasi): è costituito da 40/60

proteine che si aggregano per formarlo. In questo complesso agisce il NADH che cede

elettroni all’ubichinone (Q). (Per essere precisi le cariche negative/elettroni, prima di

arrivare all’ubichinone saltano al Ferro e Zolfo e poi all’ubichinone) che si riduce ad

ubichinolo. A questo complesso è associata una pompa protonica che cede 4 cariche +

all’esterno.

2) COMPLESSO (succinato deidrogenasi): In questo complesso gli elettroni verranno dati

dal FADH che gli cede all’ubichinone facendolo ridurre ad ubichinolo. A questo complesso

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non è associata nessuna pompa protonica.

3) COMPLESSO (citocromo c ossidoreduttasi): Gli elettroni del primo complesso, presi dal

QQH vengono passati al complesso 3, al quale è associata una pompa protonica che

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cede 4 cariche + all’esterno. (Quindi siamo a 8, 4 nel primo e 4 nel terzo).

4) COMPLESSO (citocromo c ossidasi): Gli elettroni dal terzo complesso passeranno al

quarto, dove è presente l’ossigeno molecolare, che gli accetta e si trasforma in acqua.

Anche qui è presente una pompa protonica che cede all’esterno 2 cariche + (in totale 10 = 4

nel primo +4 nel terzo +2 nel quarto).

Questo implica che all’esterno è presente una concentrazione di cariche + maggiore

rispetto all’interno.

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

5) COMPLESSO (ATP sintetasi): E’ composto dall’ATP sintasi, ovvero una struttura che è in

grado di produrre ATP partendo da ADP+P . E’ composta da una parte superiore chiamata

F e una parte inferiore chiamata F .

0 1

- Nella F entrano le cariche + che sono presenti all’esterno, utili per generare la forza

0

motrice dei siti, per generare ATP.

- Nella F (composta da una parte verticale e da siti alfa e beta), si produce l’ATP.

1

Precisamente, entrano ADP e P che unendosi formano ATP che esce. Questo processo

avviene nei siti alfa e beta, che costituiscono la struttura “a girandola” di questo

complesso.

SHUNT DEI PENTOSI o VIA DEI

PENTOSI FOSFATO

Nella glicolisi solo il 95% di glucosio 6P segue tutto il processo. Il restante 5% segue un’altra via,

ovvero quella del pentosio fosfato. (ricordiamo che la reazione che ci dice che il glucosio è entrato nella glicolisi, è

la 2 reazione, cioè quella che consente la trasformazione di glucosio6P a fruttosio6P. Quindi non è la prima reazione, cioè

. In questa

quella dove si trasforma glucosio in glucosio6P, perché il glucosio6P potrà andare in altre vie oltre la glicolisi)

via è presente il NADP.

Questa via del pentosio fosfato è molto importante perché:

- Produce NADPH che rappresenta il potere riducente, sarebbe la molecola gemella del

NAD. Solo che si differenziano per il ruolo fisiologico:

NAD = funzioni energetiche, mentre questo NADP = funzioni biosintetiche;

- NADPH serve per rigenerare glutatione ridotto;

- Produzione di pentosi, utili per la sintesi di nucleotidi e acidi nucleici;

- Degradazione ossidativa di pentosi in esosi.

Questo shunt è diviso in una via ossidativa e in una via non ossidativa.

FASE OX (composta da 3 reazioni): + 

1) Glucosio6P si trasforma in 6 fosfoglucanato con NADP NADPH. Con enzima glucosio

deidrogenasi. (precisamente avviene: glucosio6P 6fosfogluconolattone che viene idrolizzato e messo

linearmente con enzima lattonasi, che a sua volta toglie il legame che lo rende lattone (presente al quinto carbonio),

facendolo diventare 6 fosfoglucanato). + NADPH

2) 6 fosfoglucanato si trasforma in ribulosio5P con NADP con enzima

6fosfogluconato deidrogenasi.

3) Ribulosio5P si trasforma, con enzima isomerasi, in ribosio5P , che costituisce la base di

nucleotidi, coenzimi, DNA e RNA

FASE NON OX: (consente di riprodurre glucosio6P dal ribosio5P):

Questa fase avviene mediante reazioni di transaldolasi e transchetonasi, che prevedono il

passaggio di 3 carboni (transaldolasi) e 2 carboni (transchetonasi) da un gruppo donatore

(chetoso) ad un gruppo accettore (aldoso).

Le reazioni consentono di riottenere glucosio 6P partendo dal ribosio 5P.

Il ribulosio5p come abbiamo visto, può diventare ribosio 5p (fase ox). Oppure può essere

trasformato con enzima epimerasi in xilulosio 5p (fase non ox).



Quindi in questa fase (non ox) avviene: ribulosio 5P xilulosio 5p con epimerasi.

1) Questo xilulosio 5p unito con transchetonasi con il ribulosio 5p = sedoeptulosio 7p

+gliceraldeide 3p . Si sono unite due molecole con 5 atomi di carbonio (tot 10) per ottenere

una molecola a 7C e una a 3C (tot sempre 10C).

2) Sedoeptulosio 7p + gliceraldeide 3P (tramite transaldolasi) = eritrosio 4P e fruttosio 6P. Il

fruttosio ottenuto può essere trasformato in GLUCOSIO 6P, ottenendo la prima molecola

di glucosio. Mentre l’eritrosio, avendo 4 atomi di carbonio deve subire ancora un altro

processo.

3) Eritrosio 4p + xilulosio 5p (tramite transchetonasi): fruttosio 6p e gliceraldeide 3P. Anche

questa volta il fruttosio si può trasformare in glucosio.

NEUTRALIZZAZIONE RADICALI

Nella catena di trasporto degli elettroni, il citocromo C può trasportare 1 elettrone, ma come

abbiamo detto, il NADH ne cede 2. Allora questo complesso produce radicali, chiamati ROS

(specie reattive ossidanti), indicati con dei pallini accanto la molecola (O ). Questi radicali sono

•

2

pericolosi (portano alla morte cellulare e alla creazione di cellule tumorali) e per toglierli servono

particolari enzimi, chiamati enzimi antiossidanti, che annullano l’eccesso di questi radicali.

Un esempio può essere quello dell’enzima glutatione per ossidasi che in forma ridotta è 2GSH,

mentre in forma ossidata è GSSG (dove i due “s” indicano il ponte disolfuro).

Il processo per neutralizzarli è il seguente:

OH



O O H O

•

2 2 2 2

Ossigenoradicale dell’ossigenoperossido che si trasforma in OH grazie all’azione del

glutatione perossidasi che rimuove due molecole di acqua, facendo rimanere OH.

Il glutatione per poter agire si trasforma in questo modo:

2GSHGSSG e rimuove due molecole di acqua. Ora è nella forma ossidata, cioè GSSG e per

tornare alla forma ridotta (che servirà per rimuovere altre molecole di acqua quando necessario)

+

dovrà essere aiutato dal NADPH che si trasforma in NADP cedendo quell’ H al GSSG che diventa

2GSH. ENZIMI

Sono delle proteine e dei catalizzatori biologici. Cioè catalizzano le reazioni che avvengono

dentro la cellula. Ad esempio l’esochinasi che aiuta la trasformazione da glucosio a glucosio6p

nella glicolisi.

L’enzima è composto da:

- Substrato: tra enzima e substrato c’è interazione. Il substrato è la parte che si lega

all’enzima, entrando in un sito apposito chiamato sito catalitico.

- Sito catalitico: è la parte di enzima che ospita il substrato, secondo il meccanismo chiave-

serratura. Questo spiega il fatto che sono presenti molti enzimi, perché ogni enzima ha un

sito specifico per un determinato substrato.

Gli enzimi non alterano la reazione, ma la facilitano. Lavorano a temperatura di 37°C e a pressione

costante di 1atm.

Tutte le reazioni, per poter avvenire, devono superare una determinata energia, chiamata energia

di attivazione, che è appunto l’energia da superare per far avvenire la reazione. L’enzima è

responsabile proprio dell’abbassamento di questa energia, quindi abbassandola facilita il

superamento e di conseguenza facilita il compimento della reazione. Cioè gli enzimi riducono

l’ostacolo da superare (l’ostacolo sarebbe appunto l’energia di attivazione).

Quando il substrato si lega al sito catalitico si creano delle interazioni che sono deboli ma stabili

perché sono formate da tanti legami deboli (sono deboli, ma essendo tanti la rendono stabile).

Questa è chiamata interazione stereospecifica, che contribuisce ad abbassare l’energia di

attivazione.

Quando l’enzima interagisce con il substrato , l’interazione modifica la conformazione spaziale

dell’enzima che è fondamentale per la catalisi enzimatica.

Oltre gli enzimi, sono necessari:

- Inibitori: Sono molecole di natura competitiva e non competitiva.

Competitiva: struttura simile al substrato, quindi si lega al sito catalitico non facendo

legare il substrato. Questo fa diminuire l’affinità tra enzima e substrato, senza modificare

la Vmax.

Non competitiva: Modifica il sito catalitico non facendo legare il substrato. Questa

modifica l’affinità tra enzima e substrato (la fa diminuire) e inoltre fa variare la Vmax.

- Cofattori: sono elementi inorganici presenti in piccole quantità ma indispensabili. Come

++

ad esempio il Mg che è importante per l’azione dell’esochinasi nella glicolisi.

- Coenzimi: Aiutano gli enzimi:

Ci sono 6 classi di enzimi:

1) Ossido reduttasi = coinvolte nel trasferimento di elettroni

2) Transferasi= trasferimento di gruppi funzionali

3) Idrolasi= idrolisi, trasferimento all’acqua di gruppi funzionali

4) Liasi = tagliano specifici legami (C-C / C-O/ C-N) che sono legami forti

5) Isomerasi = trasferimento di gruppi per formare isomeri

6) Ligasi = formazione di legami C-C / C-O / C-N e C-S (contrario della Liasi) mediante

l’utilizzo di ATP.

Ogni classe di enzimi avrà poi una sottoclasse.

ENZIMI ( )

MODELLO CINETICO TEORICO

Serve per spiegare come funzionano gli enzimi.

⇄

E+S ESE+P

E = enzima

S = substrato

ES = complesso enzima Substrato

P = prodotto

La prima parte (con due frecce) indica che la reazione è reversibile, cioè può avvenire sia da

destrasinistra , sia viceversa. Mentre la seconda part