Appunti biochimica

(FAD).

E1: Tiamina pirofosfato

La conversione della tiamina, vitamina B , nel coenzima tiamina pirofosfato comporta una fosforilazione. Vitamina B

1 1

α-chetoacidi.

partecipa a tutte le reazioni di decarbossilazione degli Chiave per la sua reattività è l’attrazione di un

protone legato all’N1 della pirimidina da parte di un glutammato, che aumenta la basicità del gruppo aminico,

facilitando la deprotonazione del C2 dell’anello tiazolico con la formazione di carbanione reattivo sul C2 dell’anello

tiazolico.

E2: Acido lipoico (lipoammide)

L’accettore dell’acetaldeide prodotta dalla TPP è l’acido lipoico. Acido lipoico = disolfuro interno dell’acido 6,8-

ditioottanoico. Il coenzima è legato all’enzima da un legame ammidico che coinvolge il gruppo carbossilico dell’acido

ε-aminico

lipoico e il gruppo di una lisina, dando la specie reattiva chiamata lipoammide. Il trasferimento della porzione

aldeidica attiva dalla TPP allo zolfo sul C6 della lipoammide comporta l’ossidazione dell’aldeide accoppiata alla

riduzione del disolfuro. Si genera quindi un gruppo acilico che nella PDH viene trasferito al CoA.

Il Co-A, dove A sta per acile, partecipa all’attivazione dei gruppi acile, quali il gruppo acetile che deriva dal piruvato. Il

β-mercaptoetilamina.

Co-A deriva da: ATP, vitamina acido pantotenico e Il gruppo SH libero rappresenta la parte

funzionale importante, mentre il resto della molecola fornisce siti di legame per l’associazione all’enzima. Il gruppo

acilico si lega al gruppo tiolico a dare un tioestere, molecola ad alta energia.

E : Coenzimi flavinici

3

Derivano dalla vitamina B , la riboflavina. La parte funzionale è l’anello isoallossazinico.

2

Le reazioni del meccanismo della piruvato deidrogenasi sono:

• Reazione 1: E riceve il gruppo aldeidico a 2 atomi di carbonio dal piruvato e lo lega al TPP, producendo idrossietil-

1

TPP.

• Reazione 2: il gruppo aldeidico viene trasferito al primo braccio mobile lipoammidico su E e contemporaneamente

2

ossidato a un gruppo acetilico.

• Reazione 3: il gruppo acetilico viene trasferito al secondo braccio oscillante, che lo posiziona per il trasferimento al

CoA-SH.

• Reazione 4: il gruppo acetilico è trasferito al CoA-SH, producendo acetil-CoA.

• Reazione 5: E ossida il braccio lipoammidico ridotto mediante il trasferimento di 2 atomi di idrogeno al FAD.

3 +

• Reazione 6: la flavina ridotta (FADH ) viene ossidata dal NAD .

2

Il ciclo dell’acido citrico e energetica

Il ciclo procede in due fasi: (1) l’addizione di un composto a due atomi di carbonio (l’acetil-CoA) a un composto a

quattro atomi di carbonio (l’ossalacetato) con formazione di un anione organico a sei atomi di carbonio, il citrato,

seguita dalla perdita di due di questi atomi come CO , e (2) la rigenerazione dell’ossalacetato.

2

FASE 1

Passaggio 1: entrata di due atomi di carbonio sotto forma di acetil-CoA

Catalizzata dalla citrato sintasi, è una condensazione aldolica. Il carbonio metilico del gruppo acetile attivato dell’acetil-

CoA perde un protone, a cui segue l’attacco nucleofilo del risultante carbanione sul carbonio carbonilico

dell’ossalacetato. Questa reazione genera citril-CoA che si idrolizza spontaneamente con formazione di citrato.

Passaggio 2: isomerizzazione del citrato

L’isomerizzazione, catalizzata dall’aconitasi, produce un composto con un gruppo alcolico secondario, l’isocitrato, che

può essere ossidato. La reazione consiste in una disidratazione seguita da un’idratazione, con il cis-aconitato come

composto intermedio. +

Passaggio 3: generazione della CO per mezzo di una deidrogenasi NAD -dipendente

2

È catalizzata dalla isocitrato deidrogenasi. La reazione prevede la deidrogenazione a ossalosuccinato, un intermedio

α-chetoglutarato.

legato all’enzima che subisce la decarbossilazione rilasciano

Passaggio 4: generazione di una seconda molecola di CO attraverso un complesso multi enzimatico

2

α-chetoacido

Reazione a più passaggi. Un subisce una decarbossilazione ossidativa, con la formazione di un acil-CoA

α-chetoglutarato

(succinil-CoA). Reazione catalizzata dal complesso della deidrogenasi.

FASE 2

Passaggio 5: fosforilazione a livello di substrato

Catalizzata dalla succinil-CoA sintetasi. Si ha la formazione dell’anidride succinilfosfato che attiva l’enzima. Questo

ultimo fosforila un residuo di istidina. Il risultante residuo di N-fosfoistidina trasferisce poi il proprio fosfato al

substrato nucleoside difosfato.

Passaggio 6: deidrogenazione flavina-dipendente

Catalizzata dalla succinato deidrogenasi, è una deidrogenazione FAD-dipendente di due atomi di carbonio saturi con

formazione di un doppio legame. Il succinato si trasforma in fumarato.

Passaggio 7: idratazione di un doppio legame

carbonio-carbonio

Catalizzata dalla fumarato idratasi. Il fumarato si

trasforma in L-malato.

Passaggio 8: deidrogenazione rigenerante l’ossalacetato

+

Il ciclo viene completato con la deidrogenazione NAD -dipendente del malato all’ossalacetato, catalizzata dalla malato

deidrogenasi.

Energetica:

Ciclo dell’acido citrico + 

Acetil-CoA+2H O+3NAD +FAD+GDP+P 2CO +3NADH+FADH +CoA-SH+GTP

2 i 2 2

Glicolisi + Ciclo dell’acido citrico

+ +



Glucosio+2H O+10NAD +2FAD+4ADP+4P 6CO +10NADH+6H +2FADH +4ATP

2 i 2 2

Regolazione

L’attività del complesso della piruvato deidrogenasi viene controllata mediante inibizione allosterica da una

modificazione covalente che a sua volta è controllata dallo stato energetico della cellula. E è inibita da acetil-CoA e

2

+

attivata dal CoA-SH. E è inibita dal NADH e attivata dal NAD . L’ATP è un inibitore allosterico del complesso e

3

l’AMP ne è un attivatore. Nel complesso, tale regolazione si basa sulla fosforilazione e de fosforilazione di residui di

serina in E . Sia il NADH sia l’acetil-CoA attivano la piruvato deidrogenasi chinasi, la quale fosforila tre specifici

1

residui di serina, con perdita di attività della piruvato deidrogenasi. Una piruvato deidrogenasi fosfatasi rimuove il

fosfato legato e riattiva il complesso.

Il flusso attraverso il ciclo dell’acido citrico è controllato da interazioni allosteriche, ma anche dalla concentrazione dei

+

substrati. Il principale fattore è il rapporto intramitocondriale tra [NAD ] e [NADH]. Siti chiave di regolazione

α-chetoglutarato

allosterica sono le reazioni catalizzate dall’isocitrato deidrogenasi e dalla deidrogenasi. In molte cellule

la prima è attivata dall’ADP e inibita dal NADH. La seconda è inibita dal succinil-CoA e dal NADH.

Riassunti per l’esame

Biochimica -

Catabolismo acidi grassi

Introduzione

Il grosso dei lipidi si trova sotto forma di triacilgliceroli. I triacilgliceroli derivano da tre fonti principali: (1)

l’alimentazione; (2) la biosintesi exnovo, specialmente nel fegato; (3) la mobilizzazione del grasso accumulato negli

adipociti. Essi rappresentano più della metà dell’energia consumata da alcuni organi.

Destino metabolico del glicerolo e degli acidi grassi

Le goccioline lipidiche sono protette da una tempestiva mobilitazione dalle proteine dette perilipine. Quando il glucosio

nel sangue cala, vengono secreti gli ormoni glucagone e adrenalina. Questi si legano ai recettori sulla membrana degli

adipociti, che attiva la adenilciclasi che produce AMP ciclico (cAMP), che attiva la proteina-chinasi-cAMP-dipendente

(PKA), che fosforila la perilipina che trasferisce la lipasi-ormone-sensibile dal citosol sulla superficie delle gocce

lipidiche dove inizia a idrolizzare i triacilgliceroli in acidi grassi liberi e glicerolo. La PKA fosforila anche la PKA

glicerolo

lipasi-ormone-sensibile triplicandone l’attività. Così otteniamo: triacilgliceroli + acidi grassi.

Destino del glicerolo

Il glicerolo viene fosforilato dalla glicerolo chinasi a glicerolo-3-P. Questo viene deidrogenato dalla glicerolo-3-P

deidrogenasi a dare diidrossiacetonefosfato. La triosofosfato isomerasi lo converte in gliceraldeide fosfato che entra

nella fase della glicolisi producendo energia.

Destino degli acidi grassi liberi

Gli acidi grassi si formano nel citosol. Questi devono essere

trasportati all’interno della matrice mitocondriale per essere

ossidati. Poiché la membrana è impermeabile agli acidi grassi liberi

a lunga catena e agli acil-CoA, entra in gioco un sistema di

trasporto. Una serie di acil-CoA ligasi catalizza la formazione del

coniugato tioestere dell’acido grasso con il coenzima A (passaggio

1). questi enzimi utilizzano un meccanismo in due passaggi che

comporta l’idrolisi di ATP . Dapprima si ha l’attivazione del gruppo

carbossilico mediante ATP con formazione di acil adenilati e

rilascio di pirofosfato. Successivamente, il gruppo carbossilico

viene attaccato dal gruppo tioestere del CoA, formando il derivato

acil-CoA. Gli acil-CoA si formano sulla membrana mitocondriale

esterna, devono quindi essere trasportati in quella interna per essere

ossidati. Ciò porta al trasferimento di una parte acilica a un

trasportatore chiamato carnitina (passaggio 2). La reazione è

catalizzata dalla carnitina aciltransferasi I e, dà luogo alla

formazione di un derivato, l’acil-carnitina, che può attraversare la

membrana interna (passaggio 3). Un enzima, la carnitina

aciltransferasi II, completa il processo scambiando l’acido grasso

acil-carnitina con la carnitina libera e producendo acil-CoA

all’interno della matrice (passaggio4).

β-ossidazione β

Gli acil-CoA vengono ossidati all’interno della matrice mitocondriale mediante l’ossidazione iniziale del carbonio e

attraverso una serie di passaggi, ciascuno dei quali rilascia un frammento a due atomi di carbonio sotto forma di acetil-

CoA dall’acido grasso che viene ossidato. Ciascun passaggio comporta quattro reazioni. La via metabolica è ciclica.

Reazione 1. Deidrogenazione iniziale α

La prima reazione è catalizzata dall’acil-CoA deidrogenasi, che effettua una deidrogenazione tra il carbonio e il

β,

carbonio con formazione del trans-Δ2-enoil-CoA. Esistono tre forme di questo enzima, ognuna specifica per gli acil-

CoA a catena corta, media e lunga. Ciascuna di queste forme possiede come gruppo prostetico una molecola di FAD.

L’enzima flavinico ridotto trasferisce una coppia di elettroni a una proteina della membrana interna, la flavoproteina di

trasferimento di elettroni. Questi elettroni vengono poi passati uno dopo l’altro al coenzima Q, e successivamente alla

catena respiratoria.

Reazioni 2 e 3: idratazione e deidrogenazione +