Appunti esame biochimica

Processo di riduzione dell'ossigeno nella citocromo c ossidasi

Avvicino allo spazio intermembrana e in quella zona arrivano i citocromi c ridotti. La zona dove si trovano il Cu e l'eme a è la zona dove avviene la riduzione dell'ossigeno molecolare ad acqua. Anche in questo caso si ha il passaggio degli ioni rame dalla forma ridotta rameosa alla forma ossidata rameica e viceversa.

Oltre ai 4 protoni utilizzati per ridurre l'O ad acqua, altri 4 protoni vengono pompati fuori dalla matrice nel corso della reazione. I protoni pompati raddoppiano l'energia immagazzinata sotto forma di gradiente protonico. La reazione complessiva della citocromo c ossidasi è la seguente:

Nella riduzione di O si cela un pericolo. Il trasferimento di 4 elettroni dà origine a 2 prodotti innocui (2 molecole di H2O), mentre la riduzione parziale genera composti pericolosi. In particolare, il trasferimento di un singolo elettrone all'ossigeno forma un anione superossido, mentre il trasferimento di 2 elettroni genera un perossido. Questi

Composti, e in particolare i loro prodotti di reazione possono essere assai nocivi per molti componenti cellulari. Il superossido, il perossido di idrogeno e le specie che si possono generare a partire da questi composti sono detti specie reattive dell'ossigeno (ROS). Le ROS reagiscono con tutte le macromolecole presenti nella cellula comprese le proteine, le basi nucleotidiche e le membrane. Il danno ossidativo causato dalle ROS è stato messo in relazione anche al processo di invecchiamento. I derivati tossici dell'ossigeno molecolare, come il radicale superossido, vengono rimossi da enzimi protettivi. È inevitabile che si formino piccole quantità di anione superossido e di perossido di idrogeno. La principale difesa è rappresentata dall'enzima superossido dismutasi. Questo enzima rimuove i radicali superossido catalizzando la conversione di 2 di essi in perossido di idrogeno e ossigeno molecolare. L'enzima rimuove i radicali superossido in 2 tappe.

I eucarioti hanno 2 forme di superossido dismutasi: una mitocondriale (contiene manganese) e una citoplasmatica (contiene rame e zinco).

Vediamo ora come il processo esoergonico del flusso di elettroni con conseguente riduzione di ossigeno ad acqua è accoppiato alla sintesi di ATP, un processo endoergonico:

La sintesi di ATP viene effettuata da un complesso molecolare localizzato nella membrana mitocondriale interna. Questo complesso enzimatico è detto F F ATPasi o meglio ATP sintasi. Questo complesso enzimatico è detto anche complesso V. L'ipotesi chemiosmotica di Peter Mitchell (1961) afferma che il trasporto degli elettroni e la sintesi di ATP sono accoppiati da un gradiente protonico attraverso la membrana mitocondriale interna. Nel modello di Mitchell il trasferimento di elettroni lungo la catena respiratoria determina il pompaggio di protoni dalla matrice al versante citosolico della membrana mitocondriale interna. La concentrazione di H+ diventa

più bassa nella matrice, e si genera+un campo elettrico con il versante della matrice negativo. Questa forza mo trice protonicafavorisce la sintesi dell’ATP ad opera della ATP sintasi. Il pH all’esterno è di 1,4 unità piùbasso che all’interno, e il potenziale di membrana è pari a 0,14 V, con l’esterno positivo. Èstato creato un sistema artificiale per dimostrare elegantemente il principiofondamentale dell’ipotesi chemiosmotica. Sono state costruite vescicole sintetichecontenenti batteriorodopsina, una proteina della membrana degli alobatteri che pompaprotoni quando viene illuminata, e ATP sintasi mitocondriale purificata da cuore dibovino. Quando le vescicole sono state esposte alla luce, si è formato ATP. Questoesperimento fondamentale ha mostrato chiaramente che la catena respiratoria e la ATPsintasi sono sistemi biochimicamente separati, collegati soltanto da una forza motriceprotonica. L’ATP

ATP con elevata affinità converte ADP e P in ATP che resta così legato. Quando c'è il flusso di elettroni la subunità ruota. Per ogni rotazione di 120° la subunità fa cambiare la conformazione ad ogni delle 3 subunità. Quando la subunità γ ruota di 120° in senso antiorario la forma T si converte nella forma O che permette il rilascio di ATP. ADP e P si possono adesso legare alla forma O e un'altra rotazione di 120° fa diventare il sito O in sito L (intrappolando i 2 substrati). Ogni subunità si converte dalla forma T alla forma O e alla forma L senza che 2 subunità si trovino mai nella stessa conformazione. Con la rotazione della subunità l'ATP può essere sintetizzato e rilasciato. Gli elettroni provenienti dal NADH citosolico entrano nei mitocondri mediante sistema navetta. Quando viene ossidata la gliceraldeide 3-fosfato nella via glicolitica, nel

Il citosol si forma NADH che deve essere riossidato a NAD affinché la glicolisi possa proseguire. In che modo il NADH citosolico viene riossidato in condizioni aerobiche? Il NADH non può semplicemente trasferirsi nei mitocondri poiché la membrana mitocondriale interna è impermeabile al NADH e al NAD. La soluzione è che attraverso la membrana mitocondriale vengano trasportati gli elettroni provenienti dal NADH, anziché il NADH stesso. Una delle funzioni della catena respiratoria è rigenerare NAD che dovrà essere usato nella glicolisi. I sistemi navetta sono 2: il sistema navetta del glicerolo 3-fosfato e il sistema navetta malato-aspartato. Il NADH trasferisce una coppia di elettroni e un protone al diidrossiacetone fosfato, esce NAD ossidato e si forma il glicerolo 3-fosfato. L'enzima che catalizza la reazione è la glicerolo 3-fosfato deidrogenasi citoplasmatica. Il glicerolo 3-fosfato viene riossidato a diidrossiacetone fosfato.

Nel citosol all'ossalacetato citosolico, formando malato, che attraversa la membrana mitocondriale interna e viene poi riossidato dal NAD nella matrice per formare NADH in una reazione catalizzata dalla malato deidrogenasi, un enzima del ciclo dell'acido citrico. L'ossalacetato non attraversa la membrana mitocondriale interna e quindi viene trasformato da una transamminasi in aspartato che può venire trasportato al versante citosolico. Il glutammato mitocondriale dona un α-chetoglutarato.gruppo amminico, formando aspartato e Nel citoplasma l'aspartato viene poi deamminato per formare ossalacetato, e il ciclo si riavvia. Il NADH può essere trasferito nei mitocondri dal sistema navetta del malato -aspartato soltanto se il rapporto NADH/ NAD è più alto nel citosol che nella matrice mitocondriale.