Appunti di biochimica

KREBS

AcilCoA

" 1. AcilCoA deidrogenasi, enzima FAD-dipendente che sottrae 2 elettroni e 2 protoni al sistema

α-β, li scarica sul FAD e forma un intermedio con un doppio legame ancora legato al CoA. È

un enoile: trans-∆2-enoilCoA. L’enzima è stereospecifico e fa un doppio legame in

configurazione trans (mentre quelli negli acidi grassi sono in configurazione cis) → è diverso

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dagli acidi grassi naturali. Se parto da un acido grasso che ha già un doppio legame, non è la

stessa cosa dell’intermedio in configurazione trans.

2. Un doppio legame può sommare una molecola d’acqua, c’è una trans-∆2-enoilCoA idratasi

che rompe uno dei due legami sommando la molecola d’acqua. In posizione β quindi

aggiunge un OH: (L)-3-idrossi-acilCoA (oppure (L)-β-idrossi-acilCoA). Ottengo un

carbonio chirale che esiste in uno stereoisomero L e D → l’enzima lavora solo sul trans e non

sul cis e somma acqua formando esclusivamente l’L-idrossiacil-derivato e non il D.

3. Ho una seconda 3-idrossiacilCoA deidrogenasi che ossida il COOH trasformandolo in C=O).

Ho un chetone in 3: 3-cheto-acilCoA. Produco una molecola di FAD (la dh è FAD-

dipendente).

4. Il sistema è molto reattivo, posso rompere il legame covalente tra il Cα e il Cβ sommando

qualcosa che consenta di ottenere acetilCoA e un nuovo acilCoA-derivato. La rottura avviene

con un meccanismo di tiolisi: 3-chetoacilCoA tiolasi. Rompe il legame introducendo una

molecola di CoA.

Quindi ottengo alla fine un acilCoA (con 2 C in meno) e un acetilCoA.

L’acilCoA ricomincia la sequenza di reazioni, alla fine si stacca un altro acetilCoA e un acilCoA

con 2 C in meno.

Alla fine ottengo un cheto-acilCoA con 4 atomi di carbonio (aceto acetilCoA). La tiolasi lo

rompe facendo 2 molecole di acetilCoA.

Varianti della β-ossidazione

1. Ossidazione di acidi grassi a numero dispari di atomi di C :

Vengono prodotti nel metabolismo microbico. All’ultimo giro ho un atomo a 5 atomi di C e

quando lo spezzo ottengo propionilCoA e acetilCoA. Posso usare il propionilCoA e una quota

significativa si forma non solo da questo metabolismo ma anche da quello di alcuni amminoacidi

a catena ramificata. Mentre per tutti gli acidi grassi e per i carboidrati esiste una via comune che

porta i cataboliti verso il ciclo di Krebs, per ogni amminoacido c’è una via metabolica

particolare.

$ Alla fine posso trasformarlo con una serie di reazioni in succinilCoA, un intermedio del ciclo di

Krebs. In questo modo ho una “porta secondaria” al ciclo di Krebs.

L’enzima coinvolto, la metil-malonilCoA mutasi, è uno dei pochi che usa come coenzima la

vitamina B12 o cianocobalamina, che al suo interno ha uno ione cobalto. 148

2.Ossidazione di acidi grassi

insaturi :

Richiede alcune reazioni particolari

per ossidare:

∆3-cis-enoilCoA: ha un doppio

•

legame in conformazione diversa dal

solito intermedio. Inoltre è ∆3

anziché ∆2.

∆2trans-∆4cis-dienoilCoA

•

Metto a disposizione del mitocondrio

degli enzimi aggiuntivi che

permettono di ossidare un acido

grasso anche polinsaturo ottenendo

acetilCoA. La resa in termini di

acetilCoA non è un problema, però la

presenza di doppi legami fa sì che sia

meno ridotto e quindi ho una resa un

po’ minore di FADH rispetto a quella di un acido

2

grasso saturo. La differenza è piccola: 1 FADH in

2

meno per un doppio legame (2ATP in meno).

I grassi di condimento vegetale comportano

l’introduzione di una quota significativa di acidi

grassi polinsaturi.

Dobbiamo mantenere un certo rapporto fra acidi

grassi saturi e insaturi, e nell’ambito degli insaturi

bisogna avere un certo rapporto fra monoinsaturi e

polinsaturi. Tra i polinsaturi dovrei avere un certo

rapporto fra i diversi tipi di acidi grassi polinsaturi

(es: ω-3/ω-6).

Faccio 3 cicli di β-ossidazione con rilascio di 3

acetilCoA, poi ho un intermedio con un doppio

legame molto vicino all’acilCoA, ma non è quello

giusto: è un ∆3cis (e non un ∆2trans). Gli enzimi

normali non possono lavorare, ma c’è un

enzima(enoilCoA isomerasi) che trasforma in ∆3-

cis-enoilCoA in ∆2-trans-enoilCoA.

Si forma un FADH in meno.

2

Se parto da una situazione più complicata (es: acido

linoleico, un ω-6 polinsaturo), ottengo un

intermedio sbagliato, uso l’isomerasi per poter poi 149

fare un altro ciclo di β-ossidazione e ottengo un nuovo intermedio: la deidrogenasi fa un giusto

doppio legame ma subito dopo c’è un altro doppio legame in configurazione sbagliata.

È un dienoilCoA derivato. Uno dei doppi legami deve essere ridotto, poi l’altro migra (isomerasi)

e alla fine elimino uno dei due doppi legami e ne ho uno giusto per posizione e configurazione.

Nessun enzima della β-ossidazione è sensibile ai livelli di NADH o di ATP, ma è in rapporto con

la catena respiratoria e il ciclo di Krebs nel mitocondrio: se faccio molta ATP nel mitocondrio la

catena respiratoria viene inibita, il ciclo di Krebs viene inibito non riossida i coenzimi ridotti e la

β-ossidazione si ferma anche se nessun enzima della β-ossidazione è direttamente sensibile alla

concentrazione di ATP. 150

Metabolismo degli amminoacidi

Dobbiamo introdurre amminoacidi di qualità e quantità adeguata (proteine ad alto valore

biologico) per sintetizzare proteine. Un individuo adulto normalmente è in bilancio azotato in

pari, se è positivo sto crescendo.

Se mangio molte proteine ad alto valore biologico (es: tuorlo d’uovo) il bilancio azotato rimane

comunque in pari: elimino più urea.

L’eccesso di proteine che mangio viene utilizzato a scopi energetici.

Nella cellula ho un pool di amminoacidi, che devo usare in primo luogo per fare le proteine dei

tessuti. Queste vanno incontro a turnover e una parte degli amminoacidi derivati dalla

degradazione può venire riciclato (anche se non è mai efficiente al 100%).

Il pool degli aminoacidi viene usato anche perché le proteine non sono le uniche che contengono

azoto. L’eme contiene un anello tetrapirrolico che contiene azoto derivato dal metabolismo

amminoacidico. Quindi per sintetizzare una molecola che ha l’azoto abbiamo bisogno di azoto,

che deriva dagli amminoacidi. Anche le basi azotate dei nucleotidi contengono azoto.

Gli amminoacidi servono per la sintesi proteica ma anche come precursori di altre molecole non

proteiche.

L’adrenalina è un ormone, derivato di un amminoacido con dentro un gruppo amminico: è

un’amina biogena. Anche per la noradrenalina, l’istamina (deriva dall’istidina), la serotonina

(deriva dal trp).

Gli amminoacidi in eccesso vengono usati a scopi energetici.

Alcuni li posso trasformare in acetilCoA → vengono ossidati per produrre ATP.

Non tutti gli amminoacidi possono essere trasformati in acetilCoA. Nel ciclo di Krebs però ci

sono altre vie di ingresso (es: il propionilCoA può entrare attraverso il succinilCoA). Molti

amminoacidi entrano nel ciclo di Krebs perché nel loro catabolismo si formano intermedi che

possono entrare per altre vie.

Se mangio carboidrati in eccesso, nel fegato questi possono essere usati per la sintesi dei grassi.

Analogamente, se mangio aminoacidi in forte eccesso rispetto al fabbisogno nel fegato posso

trasformarli in trigliceridi che vengono esportati.

Tutti gli intermedi che entrano nel ciclo di Krebs non contengono azoto → devo affrontare il

problema dello smaltimento dell’azoto. La molecola che si libera è ammoniaca, molto velenosa

→ se l’ammonemia si alza sopra un livello limite molto basso si rischia di morire.

Mangiare amminoacidi comporta un vantaggio: nel ciclo di Krebs può entrare acetilCoA o

qualcosa di diverso. La differenza dal punto di vista del ciclo di Krebs è che con l’acetilCoA il

bilancio di carbonio è 0 (2 entrano e 2 escono). Quando entra il succinilCoA che ha 4 atomi di

carbonio, ne perdo 2 sotto forma di CO , ma ho anche rifornito il ciclo di Krebs di atomi di

2

carbonio.

Dal catabolismo degli aminoacidi quindi ho la capacità di arricchire il ciclo di Krebs di atomi di

carbonio. La capacità di sintetizzare glucosio dipende da questo arricchimento? 151

$ Problemi:

L’uso degli scheletri carboniosi degli amminoacidi è più complesso di quello di altre molecole.

• Staccando l’azoto dallo scheletro carbonioso rimane ammoniaca che reagisce con l’acqua

• ⇌ 4+

dando ioni ammonio. NH NH . L’ammoniaca passa le membrane, gli ioni ammonio no. Ho

3

il problema dello smaltimento dell’azoto. L’ammonio deve essere trasformato in

un metabolita non tossico, deve arrivare al rene sotto forma di un’altra molecola:

urea. L’azoto nel sangue viaggia anche sotto forma di alanina e glutammina.

Nella gestione del problema dell’ammoniaca rivestono un ruolo importante il rene

e il fegato → è l’organo nel quale avviene la quasi totalità della sintesi di urea (ciclo

dell’urea), un processo di detossificazione.

Smaltimento dell’azoto

Posso pensare di staccare direttamente il gruppo amminico dallo scheletro carbonioso, esempio:

1. Alanina: Ho nel pool cellulare un surplus di alanina, la voglio usare per produrre energia:

stacco il gruppo amminico e si forma ammonio libero. Rimane piruvato come scheletro

carbonioso (da un α-amminoacido a un α-chetoacido), il quale può essere trasformato in

acetilCoA e entrare nel ciclo di Krebs

4+

NH

$ 152

2. Aspartato → ossalacetato (intermedio del ciclo di Krebs)

$ Queste reazioni sono catalizzate da enzimi detti aminoacido ossidasi, che trasformano gli α-

amminoacidi negli α-chetoacidi corrispondenti. Tuttavia sono enzimi presenti nei nostri tessuti

con attività bassissima, quindi sono trascurabili (fortunatamente, perché avrei ammonio libero).

Transaminazione

Sono in grado di far reagire l’alanina con un α-chetoacido e si forma acido piruvico e un

amminoacido. Ci sono enzimi detti transaminasi o aminotransferasi che possono trasferire un

gruppo amminico da un amminoacido a un α-chetoacido.

$ Le transaminasi più importanti come α-chetoacido usano l’acido α-chetoglutarico e quindi si

forma acido glutammico. A parte prolina e treonina, tutti gli amminoacidi possono essere

transaminati e generano uno scheletro carbonioso più o meno complicato.

$ Resta il problema di come eliminare l’azoto dall’acido glutammico. Il muscolo è bravo ad usare

gli aminoacidi a catena ramificata, quindi deve liberarsi di molto acido glutammico. Il

gl