Appunti di Biochimica

TRASPORTO DI SOLUTI ATTRAVERSO LA MEMBRANA:

• diffusione semplice: la sostanza passa attraverso la membrana senza bisogno dell'intervento di nulla.
• diffusione facilitata: seguendo il gradiente di concentrazione, attraverso una struttura che riconosce solo quella molecola a cui si permette di passare.
• trasporto attivo: contro gradiente di concentrazione, c'è consumo di E, la struttura riconosce la molecola e ne permette il passaggio, che può essere a porta giratoria o tramite canale. Il trasporto attivo può essere:
  • uniporto, quando la direzione è unica.
  • simporto, a sua volta distinto in antiporto, quando una molecola entra ed una esce, e co-trasporto, quando l'uscita di una molecola avviene tramite un trasportatore.

PRINCIPI DI BIOENERGETICA

Obiettivi di una via metabolica sono:

• ottenere E chimica dall'ambiente
• convertire le molecole in nutrimenti utili alla cellula
• polimerizzare precursori monomerici

Ogni processo comporta

un dispendio di energia. Catabolismo: carica le forme scariche, con la distruzione di macromolecole si ottiene E, le forma cariche ottenute sono ATP, Q, NADH, FADH₂. Anabolismo: scarica le forme cariche, con la costruzione di macromolecole perdo energia, le forme scariche sono ADP, NADP⁺, NADPH, NAD⁺, FAD. L'acetilCoA è l'anello di congiunzione tra vie metaboliche, quelle cataboliche sono convergenti, quelle anaboliche divergenti. FORFORILAZIONE OSSIDATIVA, la formazione di E all'interno dei mitocondri è il punto di arrivo del metabolismo energetico di animali aerobi. 1) flusso di e- che rappresenta l'E ottenuta bruciando i substrati, liberando energia. 2) trasporto di protoni attraverso la membrana e formazione di un gradiente protonico tra interno ed esterno. 3) i protoni cercano di rientrare e si crea una cascata di energia, si forma ATP. La fosforilazione è localizzata nei mitocondri, tutte le tappe enzimatiche della degradazione ossidativa di carboidrati,acidi grassi ed amminoacidi convergono nella respirazione cellulare, in cui l'E prodotta dalle ossidazioni è utilizzata per la sintesi di ATP. MITOCONDRI: - membrana mitocondriale esterna, permeabile ad alcune molecole tramite proteine di trasporto, le porine. - membrana mitocondriale interna, molto selettiva, presente sia dentro che fuori dalla membrana, è impermeabile a tutti gli ioni e le piccole molecole, compresi gli H+, passano solo specie chimiche con uno specifico trasportatore. Presenta delle criste, nella struttura sono localizzati componenti della catena respiratoria. Nella MMI sono presenti molecole che trasportano e-, se sono idrofiliche, l'ubichinone o il citocromo c si situano sulla parete esterna della MMI. - matrice mitocondriale: contiene molti enzimi, quasi tutti del catabolismo, sono presenti molecole intermedie (NADH, FADH, NADPH) che vengono caricate (ridotte nelle REDOX) ed interagiscono con la catena respiratoria mitocondriale cedendo e- e facendoscendere il potenziale. Tra MMI ed MME è presente uno spazio intermembrana, il citoplasma. CATENA RESPIRATORIA costituita da enzimi di membrana con una certa vettorialità:

• complesso I: la NADH deidrogenasi, che riduce il NADH, (NADH usato è quello presente all'interno del-mitocondrio), che si ossida a NAD, c'è un flusso e , l'enzima catalizza 2 processi associati:
  • trasferimento esoergonico all'ubichinone di uno ione ioduro dal NADH e di un protone del solvente acquoso dellamatrice.
  • trasferimento endoergonico di 4 protoni dalla matrice allo spazio intermembrana.
• complesso II: la succinato deidrogenasi è l'unico enzima del ciclo di krebs legata alla MMI, gli e si muovono dal succinato attraverso una flavo-proteina ed i centri Fe-S, fino al CoQ (o ubichinone), si libera E, ma non sufficientea portar fuori protoni. Solo il NADH è in grado di conservare la differenza di potenziale. Il complesso II

è comunque in grado di ridurre il CoQ.

• complesso III: il glicerolo-3-fosfato deidrogenasi riceve gli e dal glicerolo-3P sulla superficie esterna della MMI eli trasferisce, attivamente dall’interno all’esterno, al CoQ.
• complesso IV: l’enzima di questo complesso è la citocromo C ossidasi, si portano e all’O , così da produrre H O,2 2-si forma E sufficiente da trasportare 4e all’esterno, nello spazio intermemembrana.

Nella respirazione mitocondriale si ossidano molecole ridotte. Il NADH è il substrato che libera più E, il trasporto-di e dall’interno all’esterno avviene nei complessi I, III e IV.

SINTESI DI ATP: modello chemiosmotico che soddisfa un meccanismo chimico che accoppia il flusso protonico e la+fosforilazione. L’E elettrochimica data dalla differenza di [H ] e dalla separazione delle cariche attraverso la MMI,fosforilazione ossida va.porta alla sintesi di ATP, all’interno del mitocondrio.

grazie all'ATPasi a partire dall'ADP. Il gradiente protonico serve sia a formare ATP, per energizzare i trasportatori e porta alla produzione di Q (grazie alle termoginine), il meccanismo è di antiporto poiché si carica la forma scarica (ADP) ad una carica (ATP). Metodi per la produzione di NADH a livello della glicolisi: 1) SHUTTLE DEL MALATO-ASPARTATO: sistema del trasporto di riducenti attraverso una via indiretta, avviene una ciclica REDOX di 2 coppie di composti (maltato ed aspartato), si trasporta il NADH dalla parete citoplasmatica alla matrice. Questo shuttle produce più energia, si parte dalla NADH deidrogenasi ed ottiene una maggiore quantità di ATP (per ogni NADH si producono 2,5 ATP, in tot 5). 2) SHUTTLE DEL GLICEROLO-FOSFATO: trasforma il deidrossi-aceton-fosfato in glicerolo-3-fosfato, che interagisce con la glicerolo-3-fosfato deidrogenasi ed il CoQ (per ogni NADH 1,5 ATP, in tot 3). GLICOLISI è il metabolismo dei carboidrati.può avvenire in 3 modi diversi: - fermentazione alcolica anaerobica (vino, pane). - anaerobia (senza O2) o lattica, produce poca E, ovvero solo quella che proviene dalla glicolisi propriamente detta, poi bisogna fare un altro ciclo. - aerobia (con O2), produce molta E. Nella glicolisi propriamente detta si ottengono 2 ATP, in quella aerobica ottengo altri 30 ATP, in totale 32. Prime 5 reazioni di investimento energetico: 1) FOSFORILAZIONE ATP dipendente del glucosio-6P tramite l'esochinasi ha vari significati: - attivazione della molecola di glucosio, così che partecipi alla glicolisi. - destino della molecola alla glicolisi. Il glucosio ha un trasportatore che segue un gradiente di concentrazione, dunque potrebbe uscire dalla cellula, impedirlo è una delle ragioni per fosforilarlo. A catalizzare la reazione c'è l'esochinasi, è una reazione irreversibile fortemente spostata a destra. È un punto di controllo della glicolisi, la cellula esercita un

Controllo che permette di non sprecare risorse, si fa catabolismo solo se è necessaria E. L'esochinasi è inibita a feedback dal proprio prodotto, il G6P, ha una bassa K, dunque alta affinità, sente la presenza di piccole quantità di glucosio, se ce ne fosse molto interverrebbe la glucosinasi, con K più alta, dunque meno affine.

2) ISOMERIZZAZIONE da glucosio a fruttosio, è una reazione all'equilibrio.

3) FOSFORILAZIONE, reazione irreversibile in cui si consuma ATP, catalizzata dalla fosfofruttochinasi (pfk), un vero e proprio punto di controllo della cascata della glicolisi, sente la presenza di effettori positivi o negativi, di ATP (e nel caso inibisce se ce n'è molto) e ADP (e nel caso la pfk attiva), percepisce la concentrazione di citrato e capisce se serve più o meno E.

4) SCISSIONE o ALDOLASI che spacca la molecola a 6C e ne produce 2 a 3C, i 2 triosi che si formano sono d-gliceradeide3P, un aldeide, e diidrossiacetonfosfato.

un chetone.

5)ISOMERIZZAZIONE, il diidrossiacetone diventa gliceraldeide in una tappa all’equilibrio.

Ho consumato in tot 2ATP, rispettivamente in tappa 1 e 3. Si sono prodotti 2 triosi, prima entra nella seconda fase della glicolisi la gliceraldeide e poi il diidrossiacetone, dunque tutti i prodotti vanno moltiplicati x2.

5 fasi di produzione energetica:

6)OSSIDAZIONE e FOSFORILAZIONE, si produce una molecola molto carica, che tende ad esplodere.

7)FOSFORILAZIONE a livello del substrato, la molecola di 1,3-bifosfoglicerato esplode e si viene a formare ATP grazie alla vicinanza di ADP e P.

8)ISOMERIZZAZIONE della molecola di 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato, così da caricare la molecola.

9)DISIDRATAZIONE, viene prodotto il fosfoenolpiruvato grazie all’enolasi. Si forma una tautomeria chetoenolica, ovvero gruppo OH ed EME sono in risonanza, si energizza il gruppo P, che diventa altamente instabile e libera E.

10)FOSFORILAZIONE a livello del substrato grazie alla piruvato chinasi.

ottengo ATP. Nella glicolisi si producono:

• 2 molecole di piruvato
• 2 molecole di ATP
• 2 molecole di NADH

Alla tappa 6 serve NAD per procedere, per riossidare il NADH ci sono 3 metodi:

1. shuttle 1
2. shuttle 2
3. prendo NADH e piruvico, lo trasformo in lattato, riossido il NADH in NAD e si forma l'acido lattico.

L'enzima che agisce è la lattico deidrogenasi, che si trova sotto forma di specifici isoenzimi costituiti da 4 subunità di tipo M (muscle) o H (heart): (presente a riposo) M , M H, M H , MH , H (presente quando c'è stress cardiaco), 4 3 2 2 3 4 la loro presenza varia a seconda del tessuto in cui ci si trova.

Anche gli eritrociti fanno la glicolisi per ottenere E, perché non hanno i mitocondri.

Quando è presente molto ATP si inibisce il catabolismo nelle tappe irreversibili, quando è presente molto ADP le tappe controllate vengono attivate.

Il fruttosio deriva dall'idrolisi del saccarosio, la fosforilazione del fruttosio produce F6P.

un intermedio glicolitico. Nel fegato la fosfofruttochinasi fosforila il fruttosio a F1P, che viene scisso da un enzima specifico, l'aldolasi B.

Esistono 2 fonti di glucosio, l'amido e la digestione dei polisaccaridi introdotti con la dieta.

Mobilitazione del glicogeno: ne abbiamo riserve in fegato e muscoli scheletrici. La scissione fosforoliquidasequenziale dei legami, una reazione termodinamicamente reversibile, è catalizzata dalla glicogenofosforilasi.

GLICOGENOLISI: l'enzima che interviene è la glicogenofosforilasi, un dimero, dunque con struttura quaternaria, che può avere due forme, la a, relativamente attiva e la b, relativamente inattiva. Si passa da forma b ad a grazie alla fosforilasi di una serina, catalizzata dalla fosforilasi-chinasi. La defosforilazione si applica per passare dalla forma a alla b, si tolgono i P, il procedimento avviene tramite un meccanismo allosterico, quando la [glucosio] è normale lo zucchero entra negli

epatociti e si