Appunti di Biochimica propedeutica e specifica

SOTTRAZIONE DELL'OSSALACETATO AL CICLO DI KREBS

L'ossalacetato che entra nel Ciclo di Krebs può provenire da una reazione Anaplerotica, ovvero che tende a colmare un vuoto, dal Piruvato e da molti aminoacidi (Aspartato e Asparagina). Il gruppo acetile entra con efficienza nel Ciclo di Krebs quando c'è disponibile una corrispondente molecola di ossalacetato. Il ciclo di Krebs funziona se per ogni gruppo acetile che entra c'è una corrispondente molecola di ossalacetato con cui si può condensare a generare il citrato. Il passaggio da Piruvato ad Ossalacetato serve a mantenere in equilibrio le concentrazioni di ossalacetato necessarie a far avvenire il ciclo di Krebs. Questo passaggio è anche la prima reazione della via gluconeogenetica.

In una condizione di digiuno, distante dai pasti, il fegato sotto stimolazione del glucagone rilascia glucosio, mantenendo costante la glicemia, attivando la degradazione del glicogeno e la gluconeogenesi.

La gluconeogenesi parte dal piruvato e porta verso la produzione di glucosio. Il fegato utilizza l'ossalacetato a questo scopo, causando una sottrazione dell'ossalacetato dal ciclo di Krebs. La gluconeogenesi è un processo che richiede energia. Il fegato ottiene questa energia necessaria dall'ossidazione degli acidi grassi. L'ossidazione degli acidi grassi produce gruppi acetile (sotto forma di AcetilCoA) e in questo caso la disponibilità di gruppi acetile è molto più alta rispetto alla concentrazione di ossalacetato disponibile. Il fegato non può sopportare un accumulo di AcetilCoA in quanto verrebbe a mancare il Coenzima A libero per far avvenire le reazioni della Beta ossidazione. Quindi il fegato utilizza i gruppi acetile in eccesso per sintetizzare corpi chetonici (aceto-acetato, beta idrossibutirrato e acetone). Queste molecole derivano dalla condensazione di due molecole di AcetilCoA, e quindidalla condensazione di due gruppi acetile. In questa reazione viene liberato il coenzima A, che può essere utilizzato per l'ossidazione degli acidi grassi. I corpi chetonici vengono prodotti in condizioni di digiuno prolungato, o in condizioni patologiche che portano all'attivazione della gluconeogenesi (diabete mellito). Vengono prodotti quando si ha una sottrazione di ossalacetato al ciclo di Krebs. I corpi chetonici passano nel sangue e sono utilizzati dal sistema nervoso come combustibile al posto del glucosio. Rappresentano quindi una fonte di gruppi acetile ossidabili. Nel sistema nervoso vengono quindi riconvertiti in AcetilCoA e ossidati (il sistema nervoso non fa la gluconeogenesi). La concentrazione normale dei gruppi chetonici nel sangue è pressoché zero e aumenta in casi di digiuno molto prolungato. FOSFORILLAZIONE OSSIDATIVA La fosforilazione ossidativa è la via che consente di sintetizzare la maggior parte dell'ATP che ci è

quotidianamente necessaria. Lavora strettamente accoppiata con tutte le altre vie ossidative. La fosforilazione ossidativa è la riossidazione dei coenzimi prodotti dal catabolismo NADH E FADH2 a NAD+ e FAD. Questi coenzimi ridotti, che si vanno ad ossidare, trasportano gli elettroni all'ossigeno, che viene ridotto ad acqua. La riossidazione di questi coenzimi è accoppiata alla sintesi di ATP da ADP e fosfato inorganico. La Fosforilazione Ossidativa viene divisa in due parti:

1. Catena di trasporto degli elettroni. I coenzimi ridotti non cedono i loro elettroni direttamente all'ossigeno, ma questi elettroni passano attraverso una serie di trasportatori. Questi trasportatori sono proteine integrali della membrana mitocondriale interna. Al termine della catena degli elettroni si trova l'ossigeno che viene ridotto ad acqua.
2. Sintesi di ATP operata dal complesso dell'ATPsintasi.

MECCANISMO DELLA FOSFORILLAZIONE OSSIDATIVA: TRASPORTO DI ELETTRONI LUNGO LA

STRUTTURA DELLA MEMBRANA MITOCONDRIALE.

La riossidazione dei due coenzimi produce l'energia per sintetizzare l'ATP a partire dai cataboliti dell'ATP.

La riossidazione del NADH porta a un flusso di elettroni lungo le proteine integrali, dal complesso 1 al complesso 3 al complesso 4. Queste proteine sono enzimi che si chiamano rispettivamente NADH deidrogenasi, Complesso Ubichinone-Citocromo C ossidoreduttasi e Citocromo Ossidasi.

Tra complesso 3 (Ubichinone-Citocromo C ossidoreduttasi) e complesso 4 (Citocromo-Ossidasi) abbiamo una piccola molecola che fa da ponte.

Il complesso 2 si occupa del FADH2.

Gli elettroni passano attraverso questi complessi proteici in ordine di affinità, quindi da molecole con affinità minore a molecole con affinità crescente.

Tutti questi complessi 1,2,3,4 sono proteine coniugate che contengono gruppi prostetici, con degli atomi che possono cambiare stato di ossidazione e che sono quindi in grado di accettare elettroni.

Nel doppio

strato lipidico del mitocondrio: è immersa la molecola Q che fa da ponte tra il complesso 1 e il complesso 3 o tra il complesso 2 e il complesso 3. Non abbiamo un flusso dal complesso 1 al complesso 2 ma dal complesso 1 gli elettroni passano direttamente al complesso 3. Il coenzima Q è una molecola idrofobica (deve stare immersa nel doppio strato lipidico) che deve poter accettare elettroni. L'idrofobicità gli viene conferita da una porzione della molecola, una catena carboniosa ripetuta 10 volte. L'unità base di questa struttura è una molecola chiamata Isoprene. Questa molecola accetta gli elettroni e fa da ponte tra il complesso 1 e il complesso 3. Il flusso di elettroni è accompagnato da un pompaggio di protoni nello spazio tra le due membrane mitocondriali. Accade che l'energia liberata dalla riossidazione dei coenzimi NADH e FADH2 viene utilizzata per generare un gradiente elettrochimico e quindi accumulare protoni H+ nello spazio tra le due membrane.

Le due membrane. Si genera questo gradiente elettrochimico perché si ha una differenza di cariche e una differenza di pH. La sintesi di ATP avviene quando i protoni H+, pompati nello spazio tra le due membrane, rifluiscono nella matrice mitocondriale passando per una proteina chiamata ATPsintasi. Il protone quindi fa da forza motrice per la sintesi di ATP. L'ATPsintasi è l'enzima che sintetizza ATP nella fosforilazione ossidativa. È costituita da una porzione immersa nel doppio strato lipidico, che realizza il canale per i protoni, e da una struttura che sporge sul lato della matrice mitocondriale, costituita da 6 subunità (sei catene polipeptidiche) alternate alfa-beta, più alcune strutture che collegano il canale per i protoni alle 6 subunità. Nella struttura a sei subunità viene prodotta ATP partendo da ADP e fosfato inorganico. I protoni che rifluiscono nella matrice mitocondriale consentono il rilascio dell'ATP dal sito attivo dell'ATPsintasi.

L’enzima sintetizzerebbe comunque ATP ma questa rimarrebbe legata saldamente al sito attivo dell’enzima. Ogni coppia di catene alfa-beta realizza un sito in cui si può legare il substrato e sintetizzare ATP. Queste 3 coppie hanno conformazioni tridimensionali diverse, quindi sono tre siti di sintesi dell’ATP, che esistono in tre conformazioni diverse. Complessivamente abbiamo una coppia di subunità dove ci sono legati l’ADP e il fosforo, una coppia di subunità dove è legata l’ATP e una coppia dove l’ATP viene rilasciata. Si ipotizza che la sintesi di ATP nel sito attivo dell’enzima sia una reazione di equilibrio, reversibile. Il gradiente protonico induce dei cambi conformazionali sulla molecola dell’ATP sintasi e questo fa si che le tre subunità si interconvertano tra loro, permettendo il rilascio dell’ATP. Questo processo è diverso dalla fosforilazione a livello del substrato: Nella Fosforilazione.

ossidativa infatti la sintesi (o il rilascio) di ATP è guidata da un gradiente protonico che deriva dalla riossidazione dei coenzimi ridotti NADH e FADH2, che si riossidano a NAD+ e FAD e riducono l'ossigeno ad acqua. Non abbiamo quindi un intermedio metabolico ad alta energia (fosfoenolpiruvato) ma un'energia liberata per generare un gradiente protonico. L'energia liberata dalla riossidazione del NADH consente di sintetizzare 2,5 molecole di ATP, mentre quella liberata dalla riossidazione del FADH permette di sintetizzare 1,5 molecole di ATP.

METABOLISMO DEL GLICOGENO

Il catabolismo di tutti gli zuccheri diversi dal glucosio converge sulla glicolisi. Questo perché i carboidrati da noi assunti vengono degradati a glucosio, che è la molecola che entra nella glicolisi.

Il glicogeno è il polisaccaride di riserva animale. È presente nel muscolo dell'animale ma viene degradato durante la macellazione dell'animale, quindi non viene

Il glicogeno è un polisaccaride composto da una lunga catena di molecole di glucosio. È una forma di riserva di energia nel corpo umano e viene sintetizzato e immagazzinato principalmente nel fegato e nel muscolo scheletrico.

Il glicogeno nel fegato rappresenta una riserva mobilizzabile di glucosio. Quando necessario, il fegato può rompere il glicogeno per produrre glucosio e rilasciarlo nel sangue, al fine di regolare i livelli di zucchero nel sangue.

Nel muscolo scheletrico, il glicogeno viene utilizzato come fonte di energia per l'ossidazione. Viene degradato in glucosio-6-fosfato, che può essere immediatamente utilizzato per produrre energia.

Il fegato è l'unico tessuto che può esportare glucosio nel sangue. Ciò è possibile grazie all'enzima presente nel fegato che defosforila il glucosio-6-fosfato, convertendolo in glucosio libero e consentendo al fegato di rilasciarlo nel circolo sanguigno.

Il glicogeno è un polisaccaride ramificato, formato da una lunga catena di molecole di glucosio unite tra loro.

presenta una struttura complessa, non lineare. I singoli residui di glucosio Nella molecola di glicogeno sono presenti dei legami che uniscono il carbonio 1 di un glucosio col carbonio 6 di un altro glucosio e questi particolari legami gliconferiscono la struttura ramificata.

Esiste una ramificazione ogni 8-9 residui di glucosio. Le ramificazioni rendono più facile la degradazione della molecola di glicogeno.

I legami all'interno del glicogeno sono legami alfa 1-4, che legano il carbonio 1 di un residuo di glucosio al carbonio 4 del glucosio adiacente. In questa struttura abbiamo un'estremità terminale col carbonio 4 libero e dall'altra parte ci sarà un residuo di glucosio col carbonio 1 terminale libero.

L'alfa indica la geometria del legame e ci dice che questo è un carboidrato metabolizzabile dall'organismo.

Il glicogeno viene sintetizzato dal fegato, ad esempio dopo un pasto ricco