Biochimica 1 (Prima Parte)

I TPP

1. (tiamina pirofosfato): il suo precursore è la tiamina, detta anche vitamina B1;

FAD

2. (flavin adenin di nucleotide);

Coenzima A

3. (formata da adenina, ribosio, tre gruppi fosfato, acido pantotenico);

NAD

4. (nicotinammide adenin di nucleotide);

Lipoato

5. (acido lipoico): vitamina liposolubile indicata come vitamina N.

cinque tappe:

Il processo della piruvato deidrogenasi può essere suddiviso in

TAPPA 1: decarbossilazione

- si realizza una a livello del C1 (carbonio in posizione 1) della

piruvato,

molecola di esso (il C1) viene rilasciato nell’ambiente sotto forma di CO andando a

2

acido acetico.

permettere la trasformazione del piruvato ad Il C2 (carbonio in posizione 2) di

TPP gruppo idrossietilico TPP-

quest’ultimo, si lega con il coenzima costiutendo un (coenzima

gruppo acetile). Questa prima tappa è la più lenta ed è quella che limita la velocità dell’intero

processo;

TAPPA 2: lipoato TPP-gruppo acetile

- il dell’E2 reagisce con il coenzima (che si sono legati

acetato ridursi.

precedentemente) portando alla formazione di (ossidazione) e andando a

ponte disolfuro

Quest’ultima reazione (di riduzione del lipoato) permette la rottura del (S-S)

2 atomi di zolfo

presente nella molecola di lipoato; i si legano ciasciuno ad un atomo di idrogeno

(H) stabilizzando la propria struttura (-SH), inoltre uno dei due si lega all’acetato;

TAPPA 3: gruppo -SH lipoato -SH

- l’acetato legato al del va a legarsi con il gruppo del

coenzima A Acetil-CoA

generando (molecola ad alto contenuto energetico). Questa reazione

ridurre

libera l’S dell’acetato andando a il lipoato.

TAPPA 4: 2H

- L’E3 (diidrolipoil deidrogenasi) catalizza il trasferimento dei (provenienti dai due

-SH

gruppi della molecola di lipoato al momento della rottura del ponte disolfuro) al suo coenzima

FAD FADH ossidata

(che si riduce in ), ripristinando la forma S-S del lipoato.

2 +

TAPPA 5:

- il FADH cede gli elettroni al NAD che si trasforma in NADH.

2

Alla fine di questo processo si ha come risultato, per ogni molecola di piruvato, la

produzione di:

- 1 Acetil-CoA;

- 1 CO ;

2

- 1 NADH. due molecole di piruvato

Questo processo in realtà coinvolge alla volta che di

conseguenza produrranno:

2 Acetil-CoA;

- 2 CO ;

- 2

2 NADH.

- CICLO DI KREBS

matrice mitocondriale

È un processo che avviene nella e rappresenta una via metabolica centrale

permette di ottenere energia da molecole di Acetil-CoA.

che ha come substrato iniziale e come prodotto

Si tratta di una sequenza di reazioni enzimatiche che

finale l’ossalacetato. Non vi è quindi un consumo netto di ossalacetato il quale viene sempre

rigenerato, di conseguenza una stessa molecola di esso è sufficiente per ossidare un numero infinito

di molecole di acetato. 8 reazioni, 4 delle quali di ossidazione

Questo processo prevede il susseguirsi di

(reazioni 2, 4, 6, 8).

REAZIONE 1 → FORMAZIONE DEL CITRATO:

-

l’Acetil-CoA (può essere prodotto dall’ossidazione del piruvato oppure degli acidi grassi) entra nel

citrato sintasi

ciclo e grazie all’azione dell’enzima reagisce con l’ossalacetato, andando a rompere

il legame tra acetato e CoA e legando l’acetato all’ossalacetato (molecola formata da 4 carboni)

citrato

andando a costituire il (molecola a 6 atomi di carbonio). Inizialmente il primo intermedio della

reazione (citril-CoA) subirà un’idrolisi (scissione di una molecola per effetto dell’acqua) producendo

CoA libero piruvato deidrogenasi.

così citrato e che verrà utilizzato in una reazione di

acetato + ossalacetato → citrato

REAZIONE 2 → FORMAZIONE DI ISOCITRATO:

- aconitasi

questa reazione è catalizzata dall’enzima (funzione di aggiungere o rimuovere molecole

riarrangiamento della

di acqua dal substrato) il quale agisce sul citrato determinando un

struttura due fasi:

attraverso

prima fase: deidratazione

• → rimozione di una molecola di acqua dal citrato formando così un

cisaconitato;

intermedio chiamato

seconda fase: idratazione

• → aggiunta di una molecola d’acqua al cisaconitato, così da ottenere

l’isocitrato (molecola a 6 atomi di carbonio ma diversa dal citrato). Questa reazione ha una

valenza strategica poiché il cambiamento di struttura permette il proseguimento del ciclo di Krebs.

citrato → isocitrato

REAZIONE 3 → FORMAZIONE DI α-CHETOGLUTARATO E CO

- :

2

isocitrato deidrogenasi α-

l’enzima catalizza la seguente reazione trasformando l’isocitrato in

chetoglutarato attraverso: +

deidrogenazione: NAD

• eliminazione di due elettroni che vengono trasferiti al coenzima che si

NADH ossalosuccinato.

riduce a e con la formazione dell’intermedio

decarbossilazione ossidativa: CO

eliminazione di un carbonio dell’ossalosuccinato sotto forma di ,

• 2

α-chetoglutarato.

ottenendo una molecola a 5 atomi di carbonio chiamata

isocitrato → α-chetoglutarato

REAZIONE 4 → FORMAZIONE DI SUCCINIL-COA E CO

- :

2

α-chetoglutarato deidrogenasi,

il complesso enzimatico chiamato molto simile ma non uguale al

complesso della piruvato deidrogenasi (costituito dagli stessi tre enzimi e cinque coenzimi), catalizza

questa reazione attraverso: +

deidrogenazione: NAD

• si eliminano due idrogeni (H) che verranno accettati dal che si ridurrà a

NADH;

decarbossilazione ossidativa: CO

• l’α-chetoglutarato libera un carbonio sotto forma di 2

portando alla formazione di una molecola a 4 carboni;

liberato nella prima reazione

• utilizzo del CoA (dall’acetil-CoA) che legandosi alla molecola

succinil-CoA.

a 4 carboni permette di ottenere

α-chetoglutarato → succinil-CoA

REAZIONE 5 → FORMAZIONE DI SUCCINATO:

- succinil-CoA sintetasi succinil-CoA succinato

il converte il in rompendo il legame tra succinil e

idrolisi,

CoA. La rottura di questo legame, tramite libera un quantitativo di energia tale da produrre

1 GTP. succinil-CoA → succinato

REAZIONE 6 → FORMAZIONE DI FUMARATO:

- succinato deidrogenasi elimina 2 idrogeni FAD

l’enzima che vengono trasferiti al coenzima

FADH succinato fumarato.

che si ridurrà in trasformando così il in

2 succinato → fumarato

REAZIONE 7 → FORMAZIONE DEL MALATO:

- fumarato idratasi

in questa reazione avviene un’idratazione ad opera dell’enzima (fumarasi) che

fumarato malato.

permette la trasformazione della molecola di in

fumarato → malato

REAZIONE 8 → FORMAZIONE DI OSSALACETATO:

- malato deidrogenasi malato

l’enzima catalizza l’ossidazione del il quale perde 2 idrogeni che

+

NAD riducendosi NADH.

vengono acquisiti dal che si trasforma in

malato → ossalacetato

RESA ENERGETICA PER OGNI MOLECOLA DI ACETATO CHE ENTRA NEL CICLO

3 NADH

- (reazioni 3, 4, 8): per ogni molecola di NADH trasferita all’O si ottengono 3 ATP per

2

9 ATP;

un totale di

1 FADH

- (reazione 6): per ogni molecola di FADH trasferita all’O si ottengono 2 ATP per un totale

2 2 2

2ATP;

di

1 GTP ATP;

- (reazione 5): una molecola di GTP equivale a una di

2 CO

- (reazioni 3, 4).

2

Per ogni molecola di acetato 12 ATP.

che entra nel ciclo di Krebs vengono prodotte Considerando

2 molecole di acetato

il fatto che entrano nel ciclo (in quanto dalla glicolisi si producono 2 molecole

di piruvato che a loro volta verrano trasformate in acetato + CoA dal processo della piruvato

24 ATP.

deidrogenasi), la produzione resa energetica totale è di

Resoconto → per ogni ciclo di Krebs vengono utilizzate due molecole di acetato dalle

quali si otterranno in totale:

6 NADH = 18 ATP;

- 1 FADH = 4 ATP;

- 2

2 GTP = 2 ATP;

- 4 CO .

- 2 Attivazione e inibizione del ciclo di Krebs

Il complesso della piruvato deidrogenasi è fortemente stimolato a trasformare il

piruvato in Acetil-CoA quando:

- concentrazione più alta del normale del CoA;

+

quantità di NAD prevalente (poco NADH)

- Questa via viene invece inibita quando:

- sono presenti quantità sufficienti di ATP;

- quantità sufficienti di Acetil-CoA;

molto NADH che dovrà essere trasferito all’O per ricavare energia.

2

La velocità del ciclo è controllata da tre enzimi:

citrato sintasi (prima reazione);

isocitrato deidrogenasi (terza reazione);

α-chetoglutarato deidrogenasi (quarta reazione).

CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

tappa conclusiva respirazione cellulare,

Rappresenta la del processo di in cui l’energia prodotta

dall’ossidazione del glucosio (glicolisi + priuvato deidrogenasi + ciclo di Krebs), immagazzinata da

produzione (sintesi) di ATP.

specifici trasportatori di elettroni (NAD e FAD), viene utilizzata per la

creste mitocondriali della membrana interna del

Questo processo avviene nelle

mitocondrio, in cui sono presenti:

quattro complessi proteici:

- deputati al trasferimento di elettroni e che costituiscono la catena di

trasporto degli elettroni;

ATP e ADP traslocasi:

- sistema di trasporto dell’ATP dall’interno all’esterno del

mitocondrio;

ATP sintasi.

- quattro complessi proteici

I trasferiscono gli elettroni giunti alla catena, all’ossigeno per poter

successivamente convertirli in ATP.

Tali complessi sono degli enzimi di grande dimensione contenenti diverse catene

polipeptidiche tra le quali se ne rilevano due tipi contenenti ferro (Fe):

citocromi:

- proteine coniugate (contenenti una parte amminoacidica e una non amminoacidica)

costituite da un gruppo EME (che rappresenta il gruppo non amminoacidico della proteina)

caratterizzato dalla presenza di un atomo di Fe centrale, legato a quattro azoti (N). A seconda del

tipo di legame del gruppo EME:

citocromi a e b:

• proteine integrali della membrana mitocondriale interna;

citocromi c:

• proteine solubili che si legano mediante interazioni elettrostatiche alla superficie

esterna della membrana mitocondriale interna.

proteine Fe-S

- (ferro - zolfo): il ferro non è presente all’interno del gruppo EME ma è associato

ad atomi di zolfo inorganico. Questi centri Fe-S possono avere strutture semplici, composte da

un atomo di ferro legato a quattro di zolfo, oppure strutture complesse, contenenti da due a

quattro atomi di ferro.

Le proteine che contengono il ferro sono importanti poiché la presenza del ferro, che assume due stati di

2+ 3+

ossidaz